空心微珠为基核的纳米隐形材料的试制依据吸波材料的粒度(粒级分布)同其所要吸收的波长存在着一定的关系, 本试验研究主要是针对红外线 、电磁波等而言的 , 其波长较长 , 振动频率高、可达10 万 GHz 。所采用的微珠 , 其粒度一般在 0 ～ 10μm 为好 。原料经精细分级后 , 首先制备出符合粒度要求且粒级分布均匀的微珠产物。
针对红外线辐射及电磁波辐射的特征 , 对微珠表面进行钛 、铜 、镍 、铜镍互包的镀覆 , 其工艺技术流程如下 :
配制一定浓度的 CuSO4 、NiSO4 溶液, 加热40 ～ 60 ℃后待用 。将一定重量的空心微珠(0～ 10μm)与铁粉配成 30 %的矿浆 , 用硫酸调节 pH 为 5.0～6.5 , 在加热搅拌的过程中 , 分别逐渐滴加CuSO4 、NiSO4 溶液 。其置换反应的反应摩尔数事先应计算好, 并使 CuSO4 、NiSO4 溶液在整个反应过程中过量。待置换反应开始后, Cu 、Ni 等金属则沉积在微珠表面 , 铁则生成FeSO4 , 经过滤除去 。 待置换反应完全后 , 加入钝化剂 , 防止空心微珠上的镀覆金属被氧化。镀覆后的空心微珠经过滤、洗涤、干燥后即为隐形涂层中填充材料, 配入适当的树脂合成隐形涂料产品 。
镀铜 、镍 、铜包镍均采用硫酸盐的铁置换反应 , 其反应式为:
CuSO4 +Fe ※FeSO4 +Cu
NiSO4 +Fe ※FeSO4 +Ni
镀钛则采用硫酸氧钛和四氯化钛为原料 , 工艺过程基本同上 , 干燥后需要煅烧。 其化学反应为:
TiOSO4 +3H2O =H4TiO4↑+H2SO4
纳米金属微粒的镀覆试验过程
称取 0 ～ 10μm 的空心微珠 100g两份 , 配制0.01 %的十六烷基苯磺酸钠表面活性剂溶液 , 量取300mL 该溶液两份 , 分别将空心微珠粉与表面活性剂溶液混合, 充分搅拌 15min , 其间温度为 40 ～ 50 ℃。配制浓度为 1.0mol/ L 的铜盐溶液(CuSO4 溶液)和镍盐溶液(NiSO4溶液)。 称取铁粉 35.0g 两份 , 将铁粉与已活化的空心微珠粉混合, 并稍加搅拌 , 分别向铁粉与空心微珠的混合物中逐步加入铜盐溶液和镍盐溶液 。 在加入溶液的过程中, 应不断搅拌 , 使空心微珠粉末处于悬浮和运动状态 。 必须控制溶液的加入速度 , 以保证合适的反应速度。 随参考文献 :
着铜盐溶液 、镍盐溶液的加入 , 铜离子 、镍离子不断被置换而生成铜、镍, 并沉积在空心微珠表面 , 使得空心微珠表面为古铜色 、油黑色 。 在不断搅拌作用下 , 铜 、镍在空心微珠表面的颗粒微小, 对一定范围的光波有吸收作用 。将已镀覆铜 、镍的空心微珠在水中清洗 , 使残存的FeSO4 、CuSO4 、NiSO4 残余物随水而滤出 。 配制浓度为 0.4 %的苯并三氮唑钝化剂溶液, 量取 100mL , 浸泡铜 、镍镀覆粉末 10 ～ 15min , 再用水漂洗 , 清除多余的防氧化剂溶液 , 将镀覆粉在红外灯下快速完全干燥, 即得空心微珠的红外光波吸收材料 。 以该材料为填料的涂层的红外光谱检测可知 , 在波长为470 ～ 3500nm 内 , 吸收率达85 %。
试验过程同上 , 原料使用硫酸氧钛和四氯化钛 , 用 HCl、NaOH 调节溶液 pH3 ～ 4 , 反应过程中温度为 80～ 90 ℃, 反应时间为 2h 。所得物料(H4TiO4) 清洗干澡后, 在 700 ～ 800 ℃煅烧 1 ～ 2h 。 以该材料为填料的涂层经电磁波谱检测 , 在波长为389 ～
415nm 内, 吸收率达 90 %。
(1)依据纳米材料的小尺寸效应及量子尺寸效应 , 纳米金属微粒(50～ 100nm), 具有极强的吸光波性 , 纳米金属微粒几乎都呈黑色 。
(2)微米级空心微珠表面沉积的纳米金属微粒 , 如 Cu、Ni 、TiO2 等 , 对波长为470 ～ 3500nm 、389 ～ 415nm 的红外光波 、电磁波具有较强的吸波性能 , 吸收率可达85 %以上 。
(3)以空心微珠为基核表面沉积纳米金属(Cu 、Ni)微粒及纳米级 TiO2 微粒的复合材料 , 所制备的有机涂层具有较好的吸波性及隐形功能, 且质轻(是纳米金属粉的 1/ 7), 光学性能 、化学性能稳定, 可作为航空 、军事领域的较理想的吸波隐形材料 。