納米材料的制備方法
下面重點以兩種常用的方法來討論納米材料的制備方法。
(1)溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是近年來發(fā)展的一種制備納米材料的新工藝。此法是將金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)溶液制成溶膠,再在一定條件下(如加熱)將其脫水,則具有流動性的溶膠逐漸變粘稠,成為略顯彈性的固體凝膠,再將凝膠干燥、焙燒得到納米級產(chǎn)物。燒結(jié)的方式和溫度隨物料的不同也有差異,如用微波加熱代替常規(guī)加熱,在較低的溫度和極短時間內(nèi)合成了粒度小、純度高的超細(xì)粉;還比如用γ射線照射制得納米級CdSe/聚丙烯酰胺復(fù)合粉。此類方法還能制備氣孔互聯(lián)的多孔納米材料??衫靡后w滲透、物理方法和化學(xué)沉積、熱解、氧化及還原反應(yīng)來填充氣孔以制備復(fù)合材料。目前采用此法制備納米材料的具體技術(shù)和工藝很多,但按其產(chǎn)生溶膠-凝膠的機(jī)制來分主要有三種類型。
(a)傳統(tǒng)膠體型。通過控制溶液中金屬離子的沉淀過程,使形成的顆粒不團(tuán)聚成大顆粒而沉降,得到穩(wěn)定均勻的溶膠,再經(jīng)蒸發(fā)溶劑(脫水)得到凝膠。AdrianaS.Albuquerque等人運用傳統(tǒng)膠體法使Ni0.5Zn0.5Fe2O4納米顆粒向前在SiO2玻璃相中,通過改變鐵氧體的量和退火溫度來獲得需要的磁性能。
(b)無機(jī)聚合物型。通過可溶性聚合物在水或有機(jī)相中的溶膠-凝膠法過程,使金屬離子均勻分散于凝膠中。常用聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺等。王麗等人用聚乙烯醇溶膠-凝膠法制得Ni1-xZnxFe2O4(0≤x≤1)納米顆粒,此法得到的產(chǎn)物純度高,顆粒細(xì),熱處理溫度低。Gang Xiong等人用硬脂酸凝膠法制得10-25nm大小的Ba4Co2Fe36O60粉末,且隨熱處理溫度提高,粉末形狀由球形轉(zhuǎn)化為立方體。
(c)絡(luò)合物型。利用絡(luò)合劑將金屬離子形成絡(luò)合物,再經(jīng)溶膠-凝膠過程形成絡(luò)合物凝膠。常用絡(luò)合劑有檸檬酸等。劉常坤采用檸檬酸絡(luò)合分解的溶膠-凝膠法制得平均粒徑30nm且分散均勻的CoFe2O4超細(xì)微粒。
與其他傳統(tǒng)的無機(jī)材料制備方法相比,溶膠-凝膠法具有反應(yīng)燒結(jié)溫度低,粒徑分布均勻等優(yōu)點,但其也有反應(yīng)時間過長,凝膠易開裂等缺點。這些都值得我們在應(yīng)用此法時給予足夠的注意。
(2)激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法
激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法是利用激光來引發(fā)、活化反應(yīng)物系,從而合成高品位納米材料的一種方法。其基本原理是:利用大功率激光器的激光束照射于反應(yīng)氣體,反應(yīng)氣體通過對激光光子的強(qiáng)吸收,氣體分子或原子在瞬間得到加熱、活化,在極短時間內(nèi)反應(yīng)氣體分子或原子獲得化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度,迅速完成反應(yīng)、成核與凝聚、生長等過程,從而制得相應(yīng)物質(zhì)的納米微粒。因此,簡單的說,激光法就是利用激光光子能量加熱反應(yīng)體系,從而制得納米微粒的一種方法。通常,入射激光束垂直于反應(yīng)氣流,反應(yīng)氣體分子或原子吸收激光光子后被迅速加熱,根據(jù)J S Haggerty的估算,激光加熱的速率為106-108°C/s,加熱到反應(yīng)最高溫度的時間小于10-4s。被加熱的反應(yīng)氣流將在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定分布的火焰,火焰中心的溫度一般遠(yuǎn)高于相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)所需溫度,因此反應(yīng)將在10-3s內(nèi)完成。生成的核粒子在載氣流的吹送下迅速脫離反應(yīng)區(qū),經(jīng)短暫生長過程到達(dá)收集室。
入射激光能否引發(fā)化學(xué)反應(yīng)取決于入射光的頻率--氣體分子對光能的吸收系數(shù)一般與入射光頻率有關(guān)。為保證制備過程中反應(yīng)生成的核粒子快速冷凝,獲得超細(xì)微粒,需要冷壁式反應(yīng)室。常用水冷式反應(yīng)器壁和透明輻射式反應(yīng)器壁。這樣有利于在反應(yīng)室中構(gòu)成較大溫度梯度分布,加速生成核粒子冷凝,抑制其過分生長。此外,為防止顆粒碰撞、粘連團(tuán)聚,甚至燒結(jié),還需要在反應(yīng)器內(nèi)配惰性保護(hù)氣體,使生成的納米微粒的粒徑得到保證。另外,通過對加入反應(yīng)氣體成分的控制,可以制得復(fù)合納米材料。
激光法與普通加熱法制備納米微粒有極大不同,這主要表現(xiàn)為:
(a)冷的反應(yīng)器壁,無潛在污染。
(b)原料氣體分子直接或間接吸收光子能量后迅速進(jìn)行反應(yīng)。
(c)反應(yīng)具有選擇性。
(d)反應(yīng)區(qū)條件可以被精確的控制。
(e)激光能量高度集中,反應(yīng)區(qū)與周圍環(huán)境之間溫度梯度大,有利于生成核粒子快速凝結(jié)。
由于激光法具有上述的技術(shù)優(yōu)勢,因此,采用此法可以制得均勻、高純、超細(xì)、粒度窄分布的各類微粒。盡管存在成本較高的問題,但這種方法也已經(jīng)開始走向工業(yè)化,畢竟,激光法是一種制備納米微粒的理想方法。
納米復(fù)合隱身材料的復(fù)合新技術(shù)
隱身材料按其吸波機(jī)制可分為電損耗型與磁損耗型。電損耗型隱身材料包括SiC粉末、SiC纖維、金屬短纖維、鈦酸鋇陶瓷體、導(dǎo)電高聚物以及導(dǎo)電石墨粉等;磁損耗型隱身材料包括鐵氧體粉、羥基鐵粉、超細(xì)金屬粉或納米相材料等。運用復(fù)合技術(shù)對這些材料進(jìn)行納米尺度上的復(fù)合便可得到吸波性能大為提高的納米復(fù)合隱身材料。近年來,納米復(fù)合隱身材料的制備新技術(shù)發(fā)展的很迅速,這些新的復(fù)合技術(shù)主要包括一下幾種:
(a)以在材料合成過程中于基體中產(chǎn)生彌散相且與母體有良好相容性、無重復(fù)污染為特點的原位復(fù)合技術(shù)。
(b)以自放熱、自潔凈和高活性、亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)物為特點的自蔓延復(fù)合技術(shù)。
(c)以組分、結(jié)構(gòu)及性能漸變?yōu)樘攸c的梯度復(fù)合技術(shù)
(d)以攜帶電荷基體通過交替的靜電引力來形成層狀高密度、納米級均勻分散材料為特點的分子自組裝技術(shù)。
(e)依靠分子識別現(xiàn)象進(jìn)行有序堆積而形成超分子結(jié)構(gòu)的超分子復(fù)合技術(shù)。
材料的性能與組織結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。與其他類型的材料相比,復(fù)合材料的物相之間有更加明顯并成規(guī)律化的幾何排列與空間結(jié)構(gòu)屬性,因此復(fù)合材料具有更加廣泛的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性。納米隱身符合材料因綜合了納米材料與復(fù)合材料兩者的優(yōu)點而具有良好的對電磁波的吸收特性,已經(jīng)成為目前各主要國家材料科技界人士爭相研究的熱點之一。
其它隱身材料
電路模擬隱身材料
該技術(shù)是在合適的基底材料上涂敷導(dǎo)電的薄窄條網(wǎng)絡(luò)、十字形或更復(fù)雜的幾何圖形, 或在復(fù)合材料內(nèi)部埋入導(dǎo)電高分子材料形成電阻網(wǎng)絡(luò), 實現(xiàn)阻抗匹配及損耗, 從而實現(xiàn)高效電磁波吸收。這種材料能在給定的體積范圍內(nèi)產(chǎn)生高于較簡單類型吸波材料的性能。但對每一種應(yīng)用, 都必須運用等效電路或二維周期介質(zhì)論在計算機(jī)上進(jìn) 行 特定的匹配設(shè)計, 而且涉及計算比較麻煩。
手征隱身材料
所謂的手征是指一個物體不論是通過平移或旋轉(zhuǎn)都不能與其鏡像重合的性質(zhì)。研究表明, 手征材料能夠減少入射電磁波的反射并能夠吸收電磁波。目前, 用于微波波段的手征材料都是人造的?,F(xiàn)在研究的手征吸波材料是在基體中摻雜手征結(jié)構(gòu)物質(zhì)形成的手征復(fù)合材料。
紅外隱身柔性材料
這種材料是指以織物為中心開發(fā)的各種紅外隱身材料, 常常以高性能纖維織物為基礎(chǔ)。
紅外隱身服
美國特立屈公司( TeledyncIndustr ies Inc) 設(shè)計出一種紅外隱身效果較好的隱身服,它由多層涂層織物復(fù)合加工而成。基布采用多孔尼龍網(wǎng),并在表面鍍銀,再在基布上粘貼具有不同紅外發(fā)射率的布條,布條的一端可以自由飄動,同時控制布條表面涂層面積的大小和形狀。這種隱身服可以與背景保持一致,從而保證人體的紅外特性難于被紅外探測器探測到。
研究前景展望
對隱身材料來說,對某種探測手段的隱身性能好,往往對另一種探測手段的隱身性能就不好。例如,對激光探測的隱身性能好,一般對紅外探測就不能隱身,這就是隱身材料的相容性問題。為解決這一問題,需要研制兼容型隱身材料,如雷達(dá)波、紅外兼容隱身材料,紅外、激光兼容隱身材料,雷達(dá)波、紅外、激光等多種兼容的隱身材料等。
隱石服務(wù)項目: HIC抗氫致開裂試驗 SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗 應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂SOHIC試驗 API 622防逸散過程閥門填料型式試驗 均勻腐蝕試驗 高溫高壓腐蝕試驗 金屬腐蝕速率檢測 鋁合金晶間腐蝕檢測 中性鹽霧試驗
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