吸波材料是武器装备的重要材料之一, 目前朝着“厚度薄、密度低、频段宽、吸收强”的方向发展. 本文综述了吸波材料的最新研究方法与进展, 并提出了现有研究中存在的不足及进一步研究的方向. 目前吸波材料的主要研究方向是制备纳米复合吸波材料, 对吸波材料进行表面改性或掺杂改性, 以及改变材料的微观形貌和结构设计等. 然而现有的研究集中在常规吸波材料上, 以摸索性的应用研究为主, 缺乏理论的指导和突破性的创新. 进一步的研究应以电磁波吸收理论为基础, 开发纳米复合吸波材料以及具有结构设计的纳米复合吸波材料, 并大力开展智能吸波材料与结构以及超材料吸波材料的研究与开发.

铁氧化物纳米材料和纳米结构空心微球分别代表了材料研究中组分和结构的研究热点. 而由铁氧化物纳米晶自组装形成的空心微球的研究则是二者相结合, 具有重要的科学意义和良好的应用前景. 虽然已发展了多种方法制备各种单质及化合物的空心微球, 但铁氧化物纳米晶自组装空心微球的制备方法报道较少. 本文简要介绍了近几年发展起来的多种铁氧化物纳米晶自组装空心微球的一些制备方法, 利用上述方法, 制备出了多种不同组成单元、不同尺寸、不同空心程度的铁氧化物纳米晶自组装空心微球, 对所制备的铁氧化物纳米晶自组装空心微球进行了表征, 并初步介绍了所制备的铁氧化物纳米晶自组装空心微球在药物缓释和环境领域中的应用.

用化学还原液相悬浮氧化石墨法制备了石墨烯, 经亲水处理后, 利用化学镀镍法在其表面镀上均匀镍颗粒层. 采用SEM、EDX、振动样品磁强计等对样品的形貌、元素成分与磁性质进行了表征, 并用矢量网络分析仪测试了样品在2~18GHz频带内的复磁导率和复介电常数, 利用计算机模拟出不同厚度材料的微波衰减性能. 结果表明, 材料的微波吸收峰随着样品厚度的增加向低频移动, 材料的电磁损耗机制主要为电损耗, 未镀镍石墨烯的吸波层厚度为1mm时, 在7GHz左右最大衰减值?为?6.5dB, 镀镍石墨烯的吸波层厚度为1.5mm时, 在约12GHz时最大值为-16.5dB, 并且在频带9.5~14.6 GHz的范围内达到-10dB的吸收. 

利用固源分子束外延(SSMBE)技术, 在Si(111)衬底上沉积碳原子外延生长石墨烯薄膜, 通过反射式高能电子衍射(RHEED)、红外吸收谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)和X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等手段对不同衬底温度(400、600、700、800℃)生长的薄膜进行结构表征. RAMAN和NEXAFS结果表明: 在800℃下制备的薄膜具有石墨烯的特征, 而 400、600和700℃生长的样品为非晶或多晶碳薄膜. RHEED和FTIR结果表明, 沉积温度在600℃以下时C原子和衬底Si原子没有成键, 而衬底温度提升到700℃以上, 沉积的C原子会先和衬底Si原子反应形成SiC缓冲层, 且在800℃沉积时缓冲层质量较好. 因此在Si衬底上制备石墨烯薄膜需要较高的衬底温度和高质量的SiC缓冲层.

采用低氟金属有机物沉积工艺, 通过将浓度相同的YBCO、YbBCO前驱溶液按1: 1的体积比混合, 使元素Yb部分取代Y, 成功制备了Y_0.5Yb_0.5BCO薄膜. 该薄膜成份单一, 具有很好的双轴织构; 薄膜表面平整致密, 没有裂纹和孔洞, 元素分布均匀. 虽然Yb部分取代Y降低了薄膜的临界转变温度(T_c), 但有效提高了薄膜在高场下的场性能, 如在77K, 3T磁场下, Y_0.5Yb_0.5BCO薄膜的J_c值提高了1.26倍. 为了进一步改善薄膜在低场下的性能, 通过在Y_0.5Yb_0.5BCO前驱溶液中再加入6 mol%的TaCl₅, 成功地制备了Ta⁵⁺掺杂的Y_0.5Yb_0.5BCO薄膜, 提高了薄膜在整个磁场范围内的载流能力.  

采用硝酸盐为前驱盐制备涂层导体结构中的La₂Zr₂O₇(LZO)过渡层. 实验通过对前驱盐粉体热分解行为的分析, 以及前驱盐溶液在铝酸镧(LAO)单晶和Ni5W合金基底上外延生长LZO膜层工艺的比较研究, 经优化获得了采用硝酸盐为前驱盐, 适用于Ni5W合金基底的低温两步热处理结合高温快速热处理制备LZO的工艺路线. 研究发现, 硝酸盐热分解过程及中间产物分解对外延织构的生成起着重要的作用. 取向分析显示LZO膜层(222)phi扫描和(400)ω扫描的半高宽分别为8.5°和8.1°, 这表明LZO膜层形成了较好的立方织构. SEM分析显示该工艺制备的膜层均匀致密, 没有裂纹和孔洞. 以上研究表明硝酸盐法可以应用于LZO过渡层的制备.  

通过溶胶-凝胶工艺在CoFe₂O₄(简称CFO)粉体表面包覆二氧化锆陶瓷层来阻挡烧结过程中铁磁相与铁电相之间的离子扩散. 包覆后的CFO与0.92(Bi_0.5Na_0.5)TiO3-0.02(Bi_0.5K_0.5)TO₃-0.06BaTiO₃(简称BNBT) 陶瓷粉体分别按照xCFO/(1-x) BNKLABT (质量分数x = 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30)混合均匀, 并用聚乙烯醇为粘结剂模压成圆片; 再经过1050℃烧结制备了铁磁/铁电0-3型复合材料. XRD分析表明: 二氧化锆在高温烧结过程中对离子扩散具有良好的阻挡作用. 复合陶瓷的耐击穿电压大于75kV/cm. 测量结果表明: 复合陶瓷的压电应变常数、机电耦合系数、介电常数和剩余极化随CFO含量的增加而降低; 磁电耦合系数、介电损耗随CFO含量的增加而有所增大. -35mm×1.5mm的复合陶瓷样品(x=0.05)在谐振频率(90kHz)和199kA/m 偏置磁场下的磁电系数为1.39V/A.

在壳模型的基础上, 通过分子动力学方法模拟了压强对Bi₄Ti₃O₁₂(BIT)铁电相变行为的影响. 为了提高模拟的准确性, 在原有势参数的基础上增加了Ti-Ti短程相互作用势. 计算得出了温度为300K时BIT单晶的铁电正交B2cb相在x方向和z方向的自发极化强度分别为39.4μC/cm²和0, 与实验结果较好的吻合. 然后模拟了压强对BIT相变行为的影响. 模拟结果表明: BIT单晶在压强从-2 GPa到24 GPa范围内, 经历了两次结构相变, 分别发生在  6 GPa和20 GPa处. 这种对称性的改变类似于在环境压力条件下温度导致BIT单晶对称性的改变. 因而模拟结果为研究压强引起BIT的相变行为提供了理论依据.

配制了一种水基锆钛酸铅(PZT)陶瓷浆料, 通过直写无模成型的方法制备了直径为微米级的压电木堆结构. 流变学测量表明, 浆料属于剪切变稀型流体; 微观形貌观察和密度测量表明, 烧结后的样品已经成瓷, 且具有较高的致密度; X射线衍射(XRD)的测试结果表明, 烧结后的样品具有三方PbZr_0.58Ti_0.42O₃相; 压电常数测试结果显示该结构有较好压电性, 且压电常数d₃₃为410pC/N. 无模成型技术具有结构可设计性强, 成型速度快, 成型精度高等优点, 为压电材料和器件的设计和应用提供了新的思路.

γ-AlON透明陶瓷具有优良的光学和力学性能, 可望代替蓝宝石单晶用做红外窗口和透明装甲. 采用反应烧结法制备AlON透明陶瓷, 探索了烧结助剂以及保温时间对AlON陶瓷致密化的影响. 通过X射线衍射和扫描电镜分析了陶瓷烧结体的物相及显微结构, 利用分光光度计测试了透明陶瓷的直线透过率. 结果表明: 和单掺的MgO或Y₂O₃相比, 以MgO和Y₂O₃共掺作为烧结助剂能够更好地促进AlON的致密化. 在保持Y₂O₃添加量为0.08wt%的情况下, 样品的透过率随着MgO添加量的增加而明显提高. 添加0.08 wt% Y₂O₃ +1wt% MgO作为烧结助剂的样品在1950℃保温12h后透过率(600nm处)达到约60%. 

采用高温固相法合成了KBaPO₄:Tb³⁺绿色发光荧光粉, 并研究了材料的发光性质. KBaPO₄:Tb³⁺材料呈多峰发射, 发射峰位于437、490、545、586和622 nm, 分别对应Tb³⁺的⁵D₃→⁷F₄和⁵D₄→⁷F_J =6, 5, 4, 3跃迁发射, 主峰为545 nm; 监测545 nm发射峰, 所得激发光谱由4f⁷-5d¹的宽带吸收(200~330 nm)和4f-4f电子吸收(330~400 nm)组成, 主峰为380 nm. 研究了Tb³⁺掺杂浓度, 电荷补偿剂Li⁺、Na⁺、K⁺和Cl^-, 及敏化剂Ce³⁺对KBaPO₄:Tb³⁺材料发射强度的影响. 结果显示, 调节激活剂浓度、添加电荷补偿剂或敏化剂均可在很大程度上提高材料的发射强度. 上述结果表明KBaPO₄: Tb³⁺材料是一种很好的近紫外光激发型高效绿色发光荧光粉.

以酸处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体, 采用水热合成法制备了InVO₄/MWCNTs光催化剂. 利用场发射扫描电镜、X射线粉末衍射、BET-N2吸附、傅里叶红外光谱和紫外-可见漫反射吸收光谱等技术对样品的形貌、晶相组成、比表面积和吸光性能等物理性质进行了表征, 并以气相的苯作为模型污染物, 研究催化剂样品在可见光(λ>420 nm)照射下的光催化氧化能力. 结果表明, InVO₄颗粒均匀附着于MWCNTs, 表面粒径约100 nm. 与纯InVO₄相比, InVO₄/MWCNTs的比表面积和可见光吸收性能显著提高. 在可见光照射下, InVO4/MWCNTs具有良好的光催化活性, 反应4 h光催化降解苯的转化率和矿化率分别为41.0%和43.4%, 其转化率分别是InVO₄的1.5倍和掺氮TiO₂的3倍, InVO₄/MWCNTs光催化活性的提高与载体MWCNTs良好的电子传输特性有关.

以可溶性的草酸铌为前体, 通过聚合络合法合成了可见光响应光催化剂K₄Ce₂Nb₁₀O₃₀. XRD、SEM、BET 以及UV-Vis等表征结果表明: 通过该法制备的光催化剂相对于传统高温固相反应法制备的样品具有更小(20~50nm)且分布均匀的纳米颗粒和较高的比表面积. 在可见光下(λ > 400 nm)分解水的活性测试中, 聚合络合法获得K₄Ce₂Nb₁₀O₃₀比高温固相样品具有更高的光催化分解水活性, 并且在紫外光段下(λ > 300 nm)具备了完全分解纯水的光催化活性.  

通过溶胶?凝胶法制备了氮氟共掺杂TiO₂(N-F-TiO₂)溶胶, 并利用丝网印刷法在玻璃基底上制备了N-F-TiO₂薄膜, 通过XRD, XPS及漫反射对N-F-TiO₂进行了表征. XRD分析表明制备出的N-F-TiO₂以锐钛矿结晶为主; XPS谱显示 N元素以N-Ti-O成键的形式掺杂在晶体中, F元素以表面吸附和晶格掺杂的形式存在; 紫外?可见漫反射表明与TiO₂相比, N-F-TiO₂的吸收强度明显增强, 光吸收起始位置有明显红移. 利用大肠杆菌做为实验菌种, 采用可见光与365nm紫外光分别作为激发光源, 对其相对存活率及细胞膜损伤程度进行了研究. 结果表明: N-F-TiO₂薄膜具有较高的杀菌效率, 光照60min时紫外光下大肠杆菌相对存活率降低到0, 可见光下为10%; 细胞损伤实验结果表明在紫外光作为光催化激发光源时, 菌悬液中脂质过氧化物(MDA)含量最大值可以达到1.4 nmol/mg干细胞重, 可见光下可以达到0.9 nmol/mg 干细胞重.    

利用浸渍技术在多孔YSZ中制备了钙钛矿型纳米颗粒材料La_0.75Sr_0.25Mn_0.5Co_0.5O_3-δ(LSCM), 并以其为敏感电极, YSZ为固体电解质组成了阻抗谱型NO₂传感器. 使用XRD和SEM研究了传感器敏感电极的相组成和微观结构. XRD分析结果表明, 经前驱体溶液浸渍和热处理后, 在YSZ多孔层中生成了钙钛矿结构的LSCM. 扫描电镜分析表明敏感电极颗粒粒径为50~100nm, 且与YSZ多孔层结合紧密. 传感器敏感性能实验结果表明, 在温度范围为450~600℃, NO₂浓度范围为0~1000uL/L时, 传感器对NO₂有良好的敏感性, 频率为0.1Hz时的总阻值与NO₂的浓度之间呈良好的线性关系. 在气体流速为400mL/min时, 获得的传感器对NO2的真实响应时间约为40s, 且响应信号稳定. 传感器对O₂和CO₂具有良好的抗干扰性能.

通过溶胶填充模板法制备了Li₄Ti₅O₁₂纳米线阵列, 采用SEM、EDS、XRD对纳米线形貌和组成进行了表征. 实验结果表明: 以孔径为100nm阳极氧化铝模板(AAO), 于-0.1MPa负压环境中填充0.8 mol/L Li₄Ti₅O₁₂溶胶, 80℃干燥, 900℃空气气氛中焙烧20h, 重复填充-干燥-焙烧四次, 得到平均直径为70nm尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂纳米线阵列. 其直径和长度分别由模板的孔径、厚度, 溶胶浓度和填充次数控制, 晶体结构取决于焙烧时间和温度. 并在实验基础上, 分析了纳米线形成机理.

以分析纯V₂O₅为原料, 利用双氧水还原的方法制备钒电解液, 并对五氧化二钒的溶解机理进行了研究. 通过UV-Vis光谱分析和ICP, 对钒电解液在电解过程中钒离子的价态变化和浓度变化进行表征. 通过计算, 得到了钒电解液制备的反应焓变和吉布斯自由能变化, 结果表明: 生成硫酸氧钒的反应为放热反应, 并且该反应促进了五价钒离子的溶解. 将所制备的电解液组装成动态电池, 在电流密度为2.4 mA/cm²时, 电池的电流效率、电压效率、能量效率分别为93.6%、98.1%和91.9%, 充放电结果表明: 所制备的电解液具有很好的活性, 可以应用于钒电池. 

采用脉冲激光沉积法在石英基片上沉积制备了ZrW₂O₈薄膜. 用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)研究了不同衬底温度对薄膜结构组分、表面粗糙度和形貌的影响, 用台阶仪和分光光度计测量薄膜的厚度和不同衬底温度下制备薄膜的透射曲线, 用变温XRD分析了ZrW₂O₈薄膜的负热膨胀特性. 实验结果表明: 在衬底温度为室温、550℃和650℃下脉冲激光沉积的ZrW₂O₈薄膜均为非晶态, 非晶膜在1200℃保温3min后淬火得到立方相ZrW₂O₈薄膜; 随着衬底温度的升高, ZrW₂O₈薄膜的表面粗糙度明显降低; 透光率均约为80%, 在20~600℃温度区间内, 脉冲激光沉积制备的ZrW₂O₈薄膜的负热膨胀系数为-11.378×10^-6 K^-1.

研究了D-山梨醇(D-sorbitol)对聚丙烯酸(poly(acrylic acid))(PAA)稳定的水基氧化铝(Al₂O₃)悬浮液流变性能的影响. 实验发现: 在pH为9.0时, 对于固含量为30vol% ~ 40vol%的Al₂O₃悬浮液, 少量D-山梨醇的加入皆能明显提高其分散稳定性. 当D-山梨醇的添加量占分散剂总量(0.5wt%)的20%时, 悬浮液粘度最低. 且添加二元分散剂PAA/D-山梨醇的悬浮液具有更好的抗电解质性能. 分别对单一PAA分散的Al₂O₃及二元分散剂分散的Al₂O₃进行了红外光谱表征. 结合流变与红外实验结果, 分析了山梨醇的作用机理: 部分山梨醇吸附在Al₂O₃颗粒表面, 部分山梨醇与PAA以氢键形式结合, 增大了颗粒间的空间位阻, 提高了悬浮液的流变性能.

Stoichiometric MgAl₂O₄ spinel nanoparticles were synthesized by microwave assisted combustion reaction from aluminium nitrate nanohydrate (Al(NO₃)3·9H₂O) and Sol-Gel prepared magnesium hydroxide (Mg(OH)₂) in the presence of urea ((NH₂)₂CO) as a fuel, in about 20 min of irradiation. X-ray diffraction (XRD) studies reveal that microwave assisted combustion synthesis route yields single-phase spinel nanoparticles with larger crystalline size (around 75 nm) than other conventional heating methods. Scanning electronic microscope (SEM) images show nanoparticles with spherical shape and homogenous morphology. The surface area measurements (SBET) show crystals with 2.11 m²/g and 0.0033 mL/g pore volume.

采用射频磁控溅射制备了具有特殊层状纳米结构的碲化铋热电薄膜. 以Bi₂Te₃为靶材, 在不同基底温度和沉积时间下制备了薄膜, 并利用X射线衍射、扫描电镜和X射线能谱等对样品进行了结构和成分分析, 同时测试了薄膜的电导率和Seebeck系数. 结果表明, 基底温度是影响薄膜微结构和热电性能的关键因素之一, 较高的基底温度利于层状结构的形成和功率因子的提高, 400℃基底温度下制备薄膜的功率因子最优. 然而, 所有薄膜均显示不同程度偏离Bi₂Te₃的化学计量比而缺Te, 优化薄膜成分有望进一步提高薄膜的热电性能.