纳米技术结课论文.docx

浅谈纳米技术在隐身材料制备方面的应用摘要:在人类发展的历史中隐身的人类长久以来的一个大胆而美好的创想但受限于我们的认知和科技的水平对于隐身方面的研究还仅仅只是存在于人们天马行空的想象中而很少能付诸实践。但20世纪以来科学技术在各方面都取得了长足的进展在隐身材料制备方面的也取得了不小的成就。本文将从目前比较先进的纳米技术入手讨论其在纳米隐身材料制备方面的应用通过介绍纳米隐身材料的特性和吸波机理以及国内外纳米隐身材料的研究进展情况并对纳米隐身材料今后的发展方向进行了展望。关键词：纳米技术；隐身材料；吸波机理；发展展望研究背景与意义：随着电子科技的迅速发展雷达毫米波红外激光声波等探测技术趋于成熟使得未来战场上武器系统特别是一些大型的作战武器如飞机、坦克、导弹、舰艇等所面临的威胁日益增加。为了提高在战场上的生存能力、防御能力和攻击能力的隐身技术普遍受到了世界各国的高度重视。在二战期间各国为了降低特征信号以提高飞机生存能力强烈需求的推动下纷纷开展隐形材料的制备并取得一定的成就像美国F-117A“夜鹰”隐形飞机的诞生。隐身技术的发展关键在于隐身材料技术的发展。现代化的战争对吸波材料的性能提出了越来越高的要求一般传统意义的吸波材料已经很难满足薄、轻、宽、强的综合要求各国都在积极开发新型的吸波材料。纳米隐身材料是目前隐身材料研究中一个非常活跃的热点纳米材料具有很多与众不同的特异性能主要表现为具有纳米尺寸效应、宏观量子隧道效应、界面效应、纳米非均匀性等特点使其在光、电、磁等物理方面具有独特的性质可导致微波的高磁导率、高磁损耗实现微波的宽频带强吸收而且具有兼容性好、质量轻、厚度薄等特点是一种具有很大发展潜力的新一代隐身材料。纳米技术的材料特性及吸波机理：1.纳米技术材料特性：纳米材料是指材料组分的特性尺寸在纳米量级(1～100nm)的材料纳米隐身材料是指以磁性纳米材料或结构为主体构成的一种复合型隐身材料由于结构和组成的特殊性纳米隐身材料具有一些独特的特主要体现在以下几个方面：(1)特性尺寸在1～l00nm之内低于微波频段趋肤深度可以避开趋肤效应的制约。(2)磁性金属纳米材料具有高饱和磁化强度及形状各向异性其微波频段的磁导率和磁损耗可比磁性金属微米颗粒吸收剂高2个以上等级该特点可使纳米隐身材料具有大幅度的提高低频段吸波性能的潜力。(3)通过调整吸波材料的成分、组成、结构等可进行微波电磁谱频率响应特性调控这为设计宽频隐身材料提供了可能性。(4)磁性金属纳米材料与电介质复合组成周期或准周期结构并出现大量界面通过结构和成分的优化设计使阻抗由表及里渐变可实现阻抗匹配。2、吸波机理：当材料粒子尺寸在纳米级时量子效应使纳米的电子能级发生分裂分裂能级间隔正好处于与微波对应的能量范围(10^-2～10^-5eV)内从而导致新的吸波效应。同时由于比表面积大、表面原子比例高、悬挂键增多因而截面极化和多重散射成为重要的吸波机制。另外磁性纳米粒子具有较高的矫顽力可引起大的磁滞损耗以上吸波机理尚需进一步完善和深入研究。纳米隐身材料举例：1、隐身斗篷：美国科学家用硅纳米材料制造了一种隐身斗篷使普通的光学检测无法发现放置在斗篷下的物品。这种新隐身斗篷完全由绝缘材料制造在光学频率中它们往往是透明的。斗篷由矩形的硅片制成厚250nm。硅片可以作为一个光波导光线仅限于在这个垂直高度中向前后两个方向自由传播。在纳米硅材料上研究人员精心设计了一些孔：每个孔直径为110nm这就使得斗篷周围的光波发生完全弯曲就好像河水流过岩石一样。它表明当光线的方向发生改变物品的隐身是可以实现的。这个隐身斗篷覆盖的区域为3．8m左右可以在波长1400nm一1800nm之间操作由于其介质组成和设计特性比以前更容易制造且具有(覆盖区域)向上的拓展性。2、纳米织造隐身衣：纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯绕过障碍物。美国印第安那州普渡大学的材料学专家弗拉吉米尔·沙拉耶夫造出了隐身衣。普通的材料无论如何看似光滑对于微粒子来说都好像雨点打在鸟巢体育场那样大的粗糙核桃壳上一样总是会向各个角度产生反射。只有把结构做到比光予还要小才有可能做出足以让光线如H激流经过鹅卵石一般的流线体。沙拉耶夫正是这样完成了他的隐身衣的材料。随后他依靠一排从中心点开始像一个圆形的梳子沿轮辐方向向外辐射的微型针将光的折射和扭曲减少到几乎为零使得围绕着隐身衣的光线发生弯曲致使人们看不见斗篷。3、中国纳米隐身材料研究：成都电子科技大学研制的纳米针形磁性金属粉多层纳米膜复合吸波材料通过改变纳米针形磁性金属粉成分可以有效地控制其频率特性有利于展宽吸收频带