纳米复合隐身材料的研究进展.docx

纳米复合隐身材料的研究进展.docx纳米复合隐身材料的研究进展
陈忠言
(西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710068)
文摘综述了国内外目前用于隐身技术的多种吸波材料，重点介绍了纳米复合隐身材料的 隐身机理与制备方法，并指出了隐身材料的发展趋势。
关键词纳米复尺寸特征相当或者更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏, 从而产生一系列的光学、热学、磁学和力学性质。

由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级，物质的量子尺寸效应和表面效应 等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损 耗型。电损耗型隐身材料包括Sic粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钗陶瓷 体、导电高聚物以及导电石墨粉等；磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁 粉、超细金属粉或纳米相材料等。下面分别以纳米金属粉体(如Fe、Ni等)与 纳米Si/C/N粉体为例，具体分析磁损耗型与电损耗型纳米隐身材料的吸波机 理。
金属粉体［5］(如Fe、Ni等)随着颗粒尺寸的减小，特别是达到纳米级后， 电导率很低，材料的比饱和磁化强度下降，但磁化率和矫顽力急剧上升。其在 细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性，因此在一 定波段电磁波的辐射下，原子、电子运动加剧，促进磁化，使电磁能转化为热 能，从而增加了材料的吸波性能。一般认为，其对电磁波能量的吸收由晶格电 场热振动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之 间的相互作用三种效应来决定。
纳米Si/C/N粉体的吸波机理［6］与其结构密切相关。但目前对其结构的研 究并没有得出确切结论，本文仅以M. Suzuki等人对激光诱导SiH4+C2H4+NH3气 相合成的纳米Si/C/N粉体所提出的Si (C) N固溶体结构模型来作说明。其理 论认为，在纳米Si/C/N粉体中固溶了 N,存在Si (N) C固溶体，而这些判断 也得到了实验的证实。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成带 电缺陷。在正常的SiC晶格中，每个碳原子与四个相邻的硅原子以共价键连接, 同样每个硅原子也与周围的四个碳原子形成共价键。当N原子取代C原子进入 SiC后，由于N只有三价，只能与三个Si原子成键，而另外的一个Si原子将 剩余一个不能成键的价电子。由于原子的热运动，这个电子可以在N原子周围 的四个Si原子上运动，从一个Si原子上跳跃到另一个Si原子上。在跳跃过程 中要克服一定势垒，但不能脱离这四个Si原子组成的小区域，因此，这个电子 可以称为"准自由电子在电磁场中，此''准自由电子”在小区域内的位置随 电磁场的方向而变化，导致电子位移。电子位移的驰豫是损耗电磁波能量的主 要原因。带电缺陷从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置，相当于电矩的转向 过程，在此过程中电矩因与周围粒子发生碰撞而受阻，从而运动滞后于电场， 出现强烈的极化驰豫。
纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性，已经引起了各国 研究人员的极度重视，而与其相关的探索与研究工作也已经在多国展开。尽管 目前工程化研究仍然不成熟，实际应用未见报道，但其已成为隐身材料重点研 究方向之一，今后的发展前景一片光明。而其一旦应用于实际产品，也必将会 对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。
2. 3纳米材料的制备方法
下面重点以两种常用的方法来具体