功能材料合成与制备-第3章-电磁波功能材料

功能材料合成与制备

第三章电磁波功能材料3.1电磁波功能材料概述3.2吸波材料3.3电磁屏蔽材料

3.1电磁波功能材料概述电磁波凡是高于绝对零度的物体，都会释放出电池波。电磁波无处不在电磁波在通讯设备、电子电气、现代武器装备等民用、军用领域都有着广泛的应用。信息/信号传输的主要载体在物理学意义上，电磁波是能量的一种，指由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。对电磁波具有吸收或屏蔽作用的一类防护材料，是解决电磁辐射问题的最有效的措施。电磁波功能材料：吸波/屏蔽

3.2吸波材料01吸波材料及其吸波机理吸波材料：通过自身的吸收作用来减少目标雷达散射界面的材料。隐身技术：一种尖端的现代化军事技术，可以降低探测系统发现和识别目标物的能力，提高武器装备的生存能力和作战能力。01吸波材料及其吸波机理吸波材料的工作原理在于最大限度提高物体的吸收系数(γ)：当电磁波入射到物体表面时，其透射系数(α)、反射系数(β)和吸收系数的和为1。如果电磁波不透过物体，即α=0，保证β趋于无限小的方法就是让γ尽可能大(趋于1)。γ无限接近于1意味着雷达只能捕捉到物体反射出的微弱信号甚至无法捕捉到物体反射出的信号，这时，被探测物体在雷达视野中近似于“隐身”状态，无法被及时准确的探测到。图3-1吸波材料吸收机理示意图β=(1-Z1/Z0)/(1+Z1/Z0)

吸波材料的设计原则：μ1

=ε1且磁导率应尽可能大优化设计：调整材料介电/磁性类型和厚度、阻抗以及内部结构02铁氧体吸波材料铁氧体：铁族元素和一种或多种其它金属元素构成的化合物，电阻率102~108

Ω∙cm之间，磁导率高、价格低廉、频带宽

和吸收效率高。原理：当电磁波与这类吸波材料相互作用时会使材料内部电子产生自旋运动，在特定频率出现铁磁共振，从而对电磁波

能量起到衰减和损耗的效果，属磁损耗型（镍锌铁氧体、

锰锌铁氧体、锂锌铁氧体、锰钴锌铁氧体等）。尖晶石型铁氧体石榴石型铁氧体六方晶体铁氧体02铁氧体吸波材料溶胶凝胶法利用金属醇盐前驱体合成粉末或薄膜材料的一种液相合成技术。

优势：①合成制备过程易于控制，而且适用于陶瓷、复合材料等许多传统方法难以制备的材料；②该方法是一种液相合成法，可以使制备的材料在分子水平上达到高度均匀，而且可以通过对反应物化学计量比的精准控制来实现材料组成的严格控制；③利用该方法可以合成制备多种形貌的材料，如管状、棒状、针状、粒状等形状。金属或者金属醇盐前驱体通过水解反应形成羟基化的产物和相应的醇，即溶胶。水解反应的进行通常伴随着缩合反应的发生，通过分子之间的缩合反应形成硅氧烷链的网状聚合物。水解反应阶段溶胶中的胶粒与胶粒之间不断聚合，形成多孔的三维网状凝胶。最后经过陈化、干燥和高温烧结等工艺，得到最终的反应产物。水解反应阶段02铁氧体吸波材料在合成纳米铁氧体材料时，常以金属氯化物或者金属硝酸盐为原料，通过控制反应物的纯度、反应温度和前驱体溶液pH值等工艺参数来调控铁氧体的磁性和吸波性能。图3-2MnxZn1-xFe2O4铁氧体材料的显微结构和粒径分布：（a1-a3）对应于x=0，(b1-b3)对应于x=0.2MnxZn1-xFe2O4(x=0-1))吸波材料的溶胶-凝胶法制备：利用高纯Zn(CH3COO)2·2H2O，Mn(NO3)2·4H2O，Fe(NO3)3·9H2O为前驱体。将上述原料以一定的化学计量比混合然后溶解到乙二醇中，并在溶液中添加少量的丙三醇。接着，利用磁力搅拌使得到的混合溶液充分溶解并滴加少量的二异丙巴比土酸和三乙胺作为催化剂，得到深棕色溶液。然后，将该深棕色溶液在150℃下加热，得到粉末状材料。最后，将粉末状材料在350℃~1200℃温度区间内以10℃/min的升温速率进行烧结4小时。02铁氧体吸波材料共沉淀法通过在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使所有离子完全沉淀，常用于小粒度均一纳米粉体的制备。

特点：①在沉淀过程中，溶液中的金属离子通常以与配比组成相等的化学计量化合物形式沉淀。②沉淀物的金属元素比=化合物的金属元素比时，沉淀物具有原子尺度上的组成均匀性。③通过液相反应得到的沉淀物需要进行抽滤、干燥和热处理等步骤，才能得到最终产物。钴铁氧体：以FeCl3·6H2O和CoCl2·6H2O以及CrCl3·6H2O为原料，以氢氧化钠和蒸馏水分别为沉淀剂和溶剂。将原料、沉淀剂和溶剂以按照一定的化学计量比混合并充分搅拌，并在80℃下反应3小时。最后将得到的粉末洗涤干燥，并在600℃下热处理3小时。图3-3CoFe2-xCrxO4铁氧体材料的X射线衍射图谱02铁氧体吸波材料微乳液法微乳液：由表面活性剂、助表面活性剂(如醇类)、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。

过程：①微乳液体系中，两种不互溶的连续介质被表面活性剂分子分割成微小空间。该微小区域为纳米粒子的成核、聚集和团聚提供空间。微乳颗粒在乳液中不停地做布朗运动，不同的颗粒相互碰撞时，组成界面的表面活性剂和助表面活性剂的碳氢链可以互相渗入。当反应结束时，可以通过高速离心使纳米颗粒与微乳液分离，然后用有机溶剂进行清洗(去除表面的表面活性剂和油)，最后进行干燥处理。钇锰铁氧体：由石蜡和正丁醇等组成的微乳液系统，通过控制锰离子、铁离子和钇离子的化学配比，并将乳液系统的pH值控制在11左右，得到了微乳颗粒。最后将微乳颗粒洗涤并在400℃下热处理。通过对油、表面活性剂和溶剂等配比和反应参数的控制，可以调控颗粒的几何形状、均一性、形貌和粒径大小等特性。03纤维吸波材料纤维材料：一种典型的电损耗型吸波材料，通常具有较高的电损耗正切角，依靠电子极化或者界面极化来吸收电磁波。优势：不仅具备优良的吸波性能，而且力学性能高。能够同时实现隐身和承载功能，在结构吸波材料中有广泛的应用。几种典型碳纤维（东丽公司）的性能碳纤维……碳化硅纤维……03纤维吸波材料碳纤维一种将有机纤维（如聚丙烯腈和沥青）进行炭化和石墨化处理得到的纤维状碳材料。特点：低密度、高模量、高强度；直径5~10微米，电导率1000~2000S/m。图3-4碳纤维的典型形貌吸波原理：当电磁波在导体表面产生涡流时，随着频率的增大，在导线截面上的电流分布将逐渐向导线表面集中（趋肤效应）。如果把碳纤维假设成均匀导线，当电磁波在碳纤维之间传播时，除了趋肤效应可以衰减电磁波以外，在每束碳纤维之间的部分电磁波经过散射会发生相位相消现象。也就是当入射波和反射波为等幅而且相差180°时，就会产生相消现象，进而降低电磁波的反射，使部分电磁波的能量被消耗掉。03纤维吸波材料在实际应用中，由于碳纤维导电率较高，是雷达波的强反射体，所以通常需要对其进行经过特殊处理或者表面改性才能使其具有良好的吸波性能：改变碳纤维的横截面的形状和大小，设计制备方形、三角形和多孔等横截面的纤维。前驱体纤维炭化法原料：聚丙烯腈（PAN）纤维、人造丝（粘胶纤维）和沥青拉丝牵伸原丝稳定炭化石墨化可以在湿、干或是熔融状态三种状态下进行在100~300℃范围内进行400℃左右高温预氧化1000~2000℃2000~3000℃03纤维吸波材料碳化硅纤维高模量、高强度和化学稳定性好，其电阻率介于金属和半导体之间；优越的耐高温性能，可以在1000~1200℃温度范围内长期使用。SiCf纤维作为吸波材料使用时，通常要对其进行改性，进一步降低其电阻率或者调整磁导率，从而提高其对电磁波的损耗：高温热处理法、表面处理法（在表面涂覆或沉积其他物质）、元素掺杂法（主要指掺杂高导电的元素或化合物）和改变纤维截面形状（如多孔状、中空状和半圆形）等。当SiCf纤维的电阻率在10~153Ω∙cm之间时，属于杂质型半导体，具有最佳的吸波性能。当其电阻率为101~103Ω∙cm时，吸收雷达波的效果最好。03纤维吸波材料前驱体热解法化学气相沉积法典型工艺：以二甲基二氯硅烷为原料，经金属钠脱氯缩合得到聚二甲基硅烷，然后将其在450~500℃下热解重排聚合成聚碳硅烷。接着，将聚碳硅烷经熔融纺丝成500根一束的连续聚碳硅烷纤维，又经过200℃氧化或者电子束照射得到不熔的聚碳硅烷纤维。最后在高纯氮气的保护气氛中，对不熔的聚碳硅烷纤维进行1000℃以上的热处理。典型工艺：在管式炉中用水银电极进行直流电或者射频加热，把基体芯材加热到1200℃以上，然后通入氯硅烷和氢气的混合气体，通过反应裂解为SiCf纤维，沉积在基体芯材表面。制备过程中，需精确控制的参数主要包括氯硅烷和氢气的比例、温度和压力等。化学气相沉积法制备的纤维直径大，通常在95~150微米之间，而且这种方法制备得到的纤维具有更优异的力学性能和耐高温性能。04陶瓷吸波材料陶瓷由于结构内部不含有大量电子，陶瓷吸波材料的导电率要远低于金属吸波材料。特点：高的硬度和熔点，抗蠕变、膨胀系数低、耐腐蚀性优良，非常稳定的化学性质，常用于高温等极端环境。陶瓷吸波材料对电磁波的吸收以介电损耗为主，不仅耐高温，而且其介电常数可以通过改变烧结温度进行调节，能够用于多波段吸波。氮化硅碳化硅氮化铁钛酸钙硼硅酸铝黏土……用作吸波材料的优势：①陶瓷材料可以用作吸波材料的基体，为吸波体提供介电损耗；②陶瓷材料良好的加工性和优良的机械强度使与其它材料具有良好的兼容性，从而可以通过不同的材料组分设计来调控阻抗匹配。04陶瓷吸波材料化学气相沉积法通过对原料进行加热，使分解或挥发出的气相组分相互反应，最后生成的反应物沉积在基体上。这种方法通常用来制备薄膜材料和粉体材料，而且可以在相对较低的反应温度实现材料的合成制备。图3-5Si3N4-SiCN陶瓷的微观形貌化学渗透技术（CVI）在CVD技术基础之上发展起来的，常用于制备热结构复合材料以及陶瓷材料的致密化处理，其特点是反应温度低，对预制体损伤小。过程：将预制体放入CVD炉中，加热至一定温度以后，再通入烃类等低分子量的碳氢化合物作为前驱体，在高温下热解产生碳并沉积在预制体空隙内。本质上是气-气均相反应和在基底表面沉积热解碳的气-固多相反应，气相反应和沉积过程共同决定了热解碳的性质。04陶瓷吸波材料3D打印技术又称为快速成型技术或增材制造技术，是一种集成了数字技术、材料加工和机械加工的新兴技术。在建立三维数字模型以后，该技术可以将任何材料逐层打印出来。特点：省时节能，能够进行个性化定制，可以灵活的制备高度复杂和精密的结构。图3-63D打印技术制备的陶瓷材料用途：打印制造陶瓷吸波材料的模具、打印陶瓷吸波材料前驱体和打印吸波陶瓷。流程：①根据性能和结构要求进行数字建模，②以金属或陶瓷粉末为原料，利用选择性激光融化工艺（SLM）、选择性激光烧结工艺(SLS)或数字光处理工艺(DLP)等工艺将材料“一层层”叠加起来，最终得到形状复杂、结构独特的具体零件或产品。04陶瓷吸波材料3D打印技术表3-23D打印吸波材料常用的粉末原料SLS工艺：涉及的设备组件主要是粉料筒和成型筒。当粉料筒活塞(给粉活塞)上升时，粉料通过铺粉辊均匀地铺在成型筒的活塞(工作活塞)上。计算机根据构建的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，选择性地烧结固体粉末材料，形成一层构件。一层粉末完成后，工作活塞下降一层厚度，铺粉系统重新涂覆激光扫描的新粉末。一层一层地重复叠加，直到形成三维部分。最后，将未燃烧的粉末回收到粉料筒中，取出成型的陶瓷部件。高温处理可进一步提高致密度。SLM工艺：通常需要添加支撑结构来抑制收缩，将粉末在激光束的作用下完全熔化，然后进行冷却和致密化处理。DLP工艺：原理是数字光源以面光的形式在液态光敏树脂表面进行层层投影，逐层固化成型。在制备陶瓷材料时，将紫外光固化前驱体(光敏丙烯酸酯单体)与高陶瓷产率的原料混合，通常用来制备复杂的SiBCN陶瓷。05超细磁性金属及合金粉末吸波材料磁性金属及合金粒子与电磁波相互作用时，会出现趋肤效应(电磁波在通过材料时，强度下降到入射值的1/e时对应的深度)，其粒径不能过大，否则会增加对电磁波的反射。因此，磁性金属及合金粉末的粒径要小于工作频带高段频率时的趋肤深度，材料的厚度应大于工作频带低段频率时的趋肤深度，从而保证电磁波能量的吸收。尺寸：在10μm或是1μm以下的粉末以及纳米粉末。原理：它们通常具有相对较大的复磁导率的实部和虚部，它们对电磁波的吸收主要通过结构中的自由电子吸波和磁损耗来实现。（微米级和纳米级Fe、Co、Ni及其合金粉末）物理气相沉积法高能球磨法液相还原法微乳液法05超细磁性金属及合金粉末吸波材料物理气相沉积技术物理气相沉积法中用来制备粉体的是真空蒸发沉积技术，该技术利用这空蒸发、电子束照射、激光加热蒸发等手段使原料气化或形成等离子体，然后气化的原子、分子或等离子体经过自由无碰撞的迁移过程在介质中急速冷凝。优势：制备得到的超细微粒纯度高且粒度可控，结晶组织好，但是对设备要求较高。高能球磨法把金属粉末在高能球磨机中长时间研磨，并在冷态下反复挤压和破碎，得到弥散分布的超细粒子。优势：低成本、高制备效率。Fe纳米颗粒的高能球磨法制备：按照一定的化学计量比将去离子水和Fe粉进行混合，通过调整球磨时间，可制备尺寸在12~20纳米的Fe纳米颗粒粉末。05超细磁性金属及合金粉末吸波材料液相还原法在液相体系中采用强还原剂(如NaBH4、KBH4和N2H2)等还原剂对金属离子进行还原得到磁性金属或合金粉体。图3-7液相还原法制备的FeNi合金纳米颗粒典型工艺——Fe100-xNix纳米粉末的制备：利用NiSO4和FeSO4作为Ni源和Fe源，以N2H4作为还原剂，通过控制Ni源和Fe源的摩尔比在反应30分钟左右后得到不同Ni含量的Fe100-xNix纳米粉末。06导电高分子吸波材料高分子自身共轭结构中拥有可以流动的载流子，即高分子本身就具有导电性。常见的本征导电高分子材料有聚亚苯亚乙烯类(PPV)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚乙炔类高分子等。本征导电高分子绝缘高分子与导电材料共混而成复合型导电高分子材料，其导电性能主要由导电填料的含量和分布决定。常用的导电填料主要是炭黑、碳纳米管、石墨烯、石墨和碳纤维等碳材料，以及金属粉末或是金属纤维。导电高分子复合材料吸波原理：材料中的极化子在电场作用下会产生取向极化，从而增强材料的介电损耗。这类材料电磁波的损耗机理类似导电损耗机理。然而，根据自由电子理论，传统导电高分子的高电导率和介电常数与磁导率之间的巨大差距导致其阻抗匹配和吸收性能较差。因此，导电高分子吸波材料的研究主要集中在阻抗匹配的改善上，可以通过适当的微观结构和成分设计来降低电导率和介电常数，或提高磁导率。06导电高分子吸波材料化学法化学氧化法光化学聚合法化学氧化是使用氧化剂使单体失去电子进行氧化聚合的一种方法。一种在光敏剂存在下由光引发的聚合方法。根据光作用方式的不同，可分为光催化聚合和由光激发引起的单体分子自聚合。电化学聚合法近年来出现的一种新型合成方法。该技术具有装置简单、条件易于控制、聚合和掺杂过程同步等优点。常用的电解方法有恒电位电解、循环伏安扫描和恒流电解。优势：容易获得精确、高质量的产物。07二维吸波材料二维材料（石墨烯、MXene等）是近年来出现的一种新兴材料，具有结构的可设计性、大的比表面积以及优异的物理化学性能等优点。具有较大的表面积，这可以改善界面极化和表面之间电磁波的散射和反射。超低密度的特殊结构，不仅有利于设计和制备多种结构，而且有利于电磁波的耗散和多重界面散射。良好的加工能力，可以组合成各种多功能混合体，用于电磁能量衰减。还可以用作阻抗匹配调节剂并提供最佳结构。07二维吸波材料石墨烯机械剥离外延生长法化学剥离氧化还原法石墨烯是只有单层碳原子厚(0.345nm)的一种碳材料，其结构是由二维单层碳原子堆叠而成的六边形结构，是目前已知的最薄的碳材料。石墨烯对微波的吸收主要依赖于石墨烯的高导电性和相邻石墨烯片之间的多次反射。利用外力（如粘附力和剪切力）的机械作用将石墨分解成单层或少层薄片：①给石墨施加垂直于表面或切面的法向力②是给石墨施加平行于表面或切面的横向力。胶带机械剥离法、球磨法、超声法；可宏量制备。图3-9机械剥离法制备石墨烯的外力作用方式在碳化硅单晶或者具有催化活性的过渡金属基底上制备石墨烯。碳化硅基底上外延生长石墨烯主要是基于碳化硅的热分解，制备过程中通过电子束或者电阻加热方式将碳化硅单晶加热至1000~1500℃，将硅升华并留下富碳的表面。在多组分溶剂的液相体系中（如过硫酸铵、过硫酸钠、硫酸、过氧乙酸等），借助溶剂与石墨之间的化学作用将其剥离。首先利用化学法将石墨氧化得到氧化石墨，然后利用热还原或化学还原等工艺将氧化石墨表面的含氧官能团去除（如羧基、环氧基和羟基。

“Hummers法“图3-10化学剥离法制备的石墨烯07二维吸波材料MXene是一类二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物材料。MXene材料的前驱体MAX相为六方层状晶体结构，其中M是Ti、Nb等早期过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，而X则是碳和/或氮。图3-11M2AX、M3X2和M4X3层的晶体结构示意图优势：高比较面积、高介电损耗和二维结构产生的界面极化。MXene具有优异的导电性（最高可达6000-8000S/cm），而且其导电网络中存在一定的缺陷，可以通过电子的迁移和跃迁产生欧姆损耗。同时，MXene表面丰富的官能团形成偶极子，以偶极极化的形式增强介电弛豫。此外，MXene的多层结构会对电磁波产生多反射效应，让更多的电磁波在MXene层之间被来回反射。07二维吸波材料在MAX相中，M-A是金属键。由于M和A之间具有很强的层间化学键，因此MAX相的机械剥离几乎是不可能的。而M-X为共价键，金属键强度比共价键强度低，这为选择性蚀刻A层形成MXene二维材料提供了理论基础。。图3-12Ti3C2TxMXene的“手风琴”结构利用HF或含氟刻蚀剂在MAX相中选择性刻蚀A元素来获得MXene。HF刻蚀法通过HCI-LiF体系刻蚀MAX相，来制备MXene二维材料。与HF刻蚀方法相比，该方法制备MXene产率更高，而且更易操作，危险系数低。原位HF刻蚀法使用氯化路易斯酸盐（如CuCl2和NiCl2）作为刻蚀剂来制备具有氯化物官能团的MXene。溶液刻蚀法使用熔盐（如氟化锂、氟化钠和氟化钾的混合熔盐）作为刻蚀剂，这使得它比其它刻蚀工艺的安全性更高。熔盐刻蚀法

3.3

电磁屏蔽材料01电磁屏蔽材料及其屏蔽机理电磁屏蔽是指在电磁波传输过程中通过屏蔽材料来阻挡其传播，通过抑制或者削弱电场和磁场将电磁波进行隔离，从而避免或减少电磁干扰和电磁辐射危害。电磁屏蔽通常是指对10kHz以上交变电磁场的屏蔽，是一种有效改善电子设备或电子系统的电磁兼容性(电子设备或电子系统在电磁环境中正常运行且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力)的方法。图3-13电磁屏蔽材料屏蔽机理示意图屏蔽过程：①当电磁波接触到屏蔽材料前表面时，由于空气和屏蔽材料之间的阻抗失配，部分电磁波将会被反射；②剩余的电磁波将继续向屏蔽材料内部传播进行衰减，当其传播至屏蔽材料后表面时，少量电磁波透过屏蔽材料，大部分被重新反射至材料内部，并且在屏蔽材料内部界面之间重复叠加反射，从而在传输过程中连续衰减，最终转化成热能被吸收消散。01电磁屏蔽材料及其屏蔽机理反射损耗SER是空气与屏蔽材料之间的阻抗不匹配引起的，一般而言，阻抗不匹配程度越高，SER越大。其中，η、η0、σ、μ和ƒ依次为屏蔽材料的阻抗、空气的阻抗、屏蔽材料的电导率、磁导率以及电磁波的频率。可见：材料的电导率越好，磁导率越低，SER越大。同时，入射电磁波的频率也会对屏蔽材料的SER产生影响，在电磁波频率较低的情况下，反射损耗的贡献较大。屏蔽效能计算：按照传输线理论，屏蔽材料的屏蔽机理包括表面的反射损耗（SER）、吸收损耗（SEA）和内部的多次反射损耗（SEM）。屏蔽材料对电磁波的总屏蔽效能SET在数值上等于SER、SEA和SEM三者之和。反射损耗式3-101电磁屏蔽材料及其屏蔽机理屏蔽材料中的电偶极子或磁偶极子与入射电磁波相互作用，产生偶极极化与界面极化现象，将电磁波以热能的形式吸收或消散而造成吸收损耗SEA。当入射电磁波在屏蔽材料中传播时被吸收，电磁波的强度或振幅（E）会呈指数减小。当屏蔽材料的厚度为d时，则E=Eie-γd。其中Ei是入射电磁波的初始强度或振幅，γ是衰减常数，屏蔽材料的γ值如(式3-2)所示：吸收损耗式3-2其中，ω是角频率，ε是介电常数。屏蔽材料的SEA由以下公式表示：式3-3其中，δ是趋肤深度，表示入射电磁波电场强度降低到原始强度的e-1倍时距离屏蔽材料前表面下方的距离。01电磁屏蔽材料及其屏蔽机理多重反射损耗SEM是指屏蔽材料内部反射与透射多次重复造成的电磁波损耗。入射电磁波在屏蔽材料内部经历了反射和吸收多次叠加的耗散过程，直到电磁波的能量完全消散。该过程通过增加电磁波在屏蔽材料内部的传播路径来促进屏蔽材料与电磁波之间的相互作用，进而提高吸收衰减强度。多重反射损耗式3-4SEM与屏蔽材料的厚度密切相关，屏蔽材料的厚度必须远小于趋肤深度。当屏蔽材料的厚度接近或超过趋肤深度时，就需要忽略多重反射的作用。一般来说，当SET>15dB或SEA>10dB时，SEM值忽略不计。这是因为在厚度较大的屏蔽材料中，吸收损耗后的电磁波传输到下一个界面时，其振幅大幅减小。02金属及其合金金属材料内部含有大量的载流子（电子或空穴），这些载流子可以和电磁场相互作用，从而对电磁波产生衰减和损耗。除了导电性以外，金属的电磁屏蔽性能还受到材料孔隙率、颗粒大小、第二相以及几何尺寸等因素的影响。图3-14熔体发泡法制备得到的不同孔隙率的泡沫铝

将发泡剂加入熔融金属中，利用挥发的气体产生气泡，冷却后得到泡沫金属，常用来制备铝、锡等低熔点金属泡沫。熔体发泡法制备铝泡沫电磁屏蔽材料：利用纯度在98.8%以上的铝锭为原料，分别以钙颗粒和镁金属块为增稠剂和润湿剂。在发泡过程中加入TiH2作为发泡剂，在熔化铝锭的过程中加入增稠剂和润湿剂，并不断搅拌。接着加入发泡剂，让熔体形成气泡。将熔体保持在熔炉中，让熔体中的气泡不断生长，直到形成一定的多孔结构。最后将坩埚从熔炉中取出，用空气吹冷，得到铝泡沫。熔体发泡法02金属及其合金静电纺丝法常用于制备一维纳米纤维和二维无纺布膜等材料。静电纺丝的装置主要由三部分构成，分别是喷射装置、高压电源和金属收集装置。静电纺丝过程中，纳米纤维是由液体射流形成的，液体射流在库伦斥力、表面张力和静电力等作用下产生并拉长，最终形成纤维并沉积在收集装置。在没有外电流作用的条件下，利用强还原剂在水溶液中将金属离子进行化学还原并沉积在基体表面。化学镀技术可以用来制备银、铜、镍等金属材料，而且所制备出的金属层具有厚度均匀、结合力强等优点。化学镀技术在制备高电磁屏蔽性能的复合材料时，磁性金属及其合金经常被作为填料来使用。化学共沉淀法水热法在含有两种及以上可溶性阳离子的盐溶液中，通过加入沉淀剂在溶液中形成不溶性的沉淀，再经过常温静置或热分解得到高纯度纳米材料。例：在制备FeCo纳米颗粒时，常用的金属盐是硫酸铁和氯化钴。一般以水溶液为反应体系，通过对密闭容器中的水溶液加热和加压，让溶液中的化学物质进行反应。优点是耗能低、适用性广、成本低而且操作简单、易于实现。03铁电材料特点：能够在一定的温度范围内产生自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向。铁电材料内部存在由许多永久电偶矩构成的电畴，且电偶极矩之间相互作用，沿一定方向自发排列成行。在没有外加电场作用时，各电畴在晶体中杂乱分布，整个材料晶体呈现中性。当施加外加电场时，电畴极化矢量转向电场方向，沿电场方向极化畴长大。在电磁屏蔽应用中，铁电材料的作用在于将电位移矢量从指定区域分离出来。当介电常数较大时，铁电材料通常用于吸收入射电磁波的能量。如：钛酸钡溶剂热法模板法水热法熔盐法03铁电材料模板法软膜板法硬膜板法溶剂热法指将非水溶剂的反应体系密封在高压釜中进行反应。其典型工艺是在无水苯甲醇溶剂中，将钡离子与异丙醇钛加热到200~220℃，利用碳碳键的形成来进行反应得到钛酸钡纳米颗粒。模板法是指利用模板来支撑或限制反应物的成核位置和生长区域，实现对目标材料尺寸和形状的控制，是合成中空结构、纳米线和纳米管等结构的有效手段。硬模板法主要是利用氧化物、金属、金属盐等具有固定形状的硬质材料作为模板，通过化学沉积、自组装、电镀沉积等方法在模板表面包覆另一种材料，然后通过煅烧、溶解等方法去除模板，得到中空结构的纳米材料。所得中空结构颗粒易于封装和释放物质，不需要经历由内层开始、逐层完成的多步反应，例如胶束模板法和微乳液模板法。04碳材料一维碳材料三维碳材料