纳米材料在国防科技的应用

纳米材料在国防科技的应用

摘要：纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。本文介绍了纳米材料的概念、纳米技术，并且着重介绍了纳米材料在国防科技的重要应用。

关键词：纳米材料纳米技术国防应用

在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。

一、纳米材料

什么是纳米材料？纳米（nm)是长度单位，一纳米是十亿分之一米，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000—8000nm，人体红细胞的直径一般为3000—5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。

一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1—100nm 之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

二、纳米技术

所谓的纳米技术是指：用纳米材料制造新型产品的科学技术。它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理学、分子生物学、化学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术、合成技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学等。在新的世纪，纳米将带给人们更多功能超常的生产生活工具，把人们带向一个从未见过的生活环境。

纳米科学技术使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。其最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。这可能改变几乎所有产品的设计和制造方式，实现生产方式的飞跃。因而纳米科技将对人类产生深远的影响，甚至

改变人们的思维方式和生活方式。纳米技术涉及的范围很广，其中纳米材料是纳米技术发展的基础。

三、纳米材料在国防科技的应用

纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。

在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的量子尺寸效应使得电子的能级分裂，分裂的能级间距正处于微波的能量范围，为纳米材料创造了新的吸波通道。纳米材料中的原子、电子在微波场的辐照下，运动加剧，增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能。美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99％，法国最近研制的CoNi纳米颗粒被覆绝缘层的纳米复合材料，在2-7GHz范围内，其m¢和m¢¢几乎均大于6。最近国外正

致力于研究可覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料，并提出了单个吸收粒子匹配设计机理，这样可以充分发挥单位质量损耗层的作用。纳米材料在具备良好的吸波功能的同时，普遍兼备了薄、轻、宽、强等特点。纳米材料中的硼化物、碳化物，铁氧体，包括纳米纤维及纳米碳管在隐身材料方面的应用都将大有作为。

四、结束语

发展纳米科技存在科学理论、科学方法、科技创新和高风险等难点。以国家目标为导向，纳米器件的研制和集成是纳米科技的核心，纳米材料的制备和研究是工作的重点，“由上而下的方法”(top down)还将是目前主要的研究方法，用体制创新推动技术创新，使纳米科技的产业化得到健康的发展。相信通过中国科技人员创造性的工作，我国一定会在已揭开战幕的纳米科技全球竞争中赢得令人瞩目的地位。

参考文献

[1] 张立德，牟季美．纳米材料和纳米结构[M]．北京：科学出版社，2001：23-45．

张中太．材料工程[M]．北京：化学工业出版，2000：42-48．

[2] 严东生，冯端．纳米材料科学[M]．长沙：湖南科学技术出版社，1998：45-90．

[3] 黄开金．纳米材料的制备及应用[M]．北京：冶金工业出版社，2009：34-89．

[4] Hone J, Batlogg B, Benes Z, Johnson A T, et. al. Quantized Phonon Spectrum of Single-Wall Carbon Nanotubes[J]. Science, 2000, 289: 1730-1733.

[5] 张邦维．纳米材料物理基础[M]．北京：化学工业出版社，2009：28-98．