“纳米”曾经是“新能源”、“元宇宙”的代名词,也是新材料领域的一个重要分支。
目前,我国在纳米领域的规模较大的产品是以纳米粉末材料和相关产品为主。而在高科技领域,如纳米材料、电子材料和器件、医疗诊断等领域,则是以基础和实验室的研究为主。
目前,国内纳米材料行业的企业有300多家,但大部分都是小型企业,技术含量低,主要生产低端的纳米粉末或初级产品,产品附加值不高。目前,我国的纳米材料技术还处于落后状态,同欧、美、日等发达国家相比,存在着很大的差距。中国纳米材料在经济、工业等各领域的发展中占有举足轻重的地位,其市场规模预计将继续扩大,到2025年将达到3417.6亿元。
随着新能源行业的发展,尤其是锂离子电池等新产品的热销,除了磷酸铁锂之外,三元正极材料、碳纳米管等领域也有很大的发展空间。业内人士认为,随着存储技术的不断发展,纳米技术将会在更多的领域得到广泛的应用。
目前,我国纳米材料工业已经形成了一种集群化、集群化的发展趋势,在今后的发展中,应该更加重视科技成果的转化、制度的优化、资本的孵化和创新能力的提升。
到2022,纳米材料将朝着小型化、智能化、高集成、高速度传输等方向发展,同时还将围绕生物医药、能源、半导体、航天、新型军事装备和先进制造技术等新兴领域研发新型功能材料。
在奈米材料产业链的上游,主要是原材料的供给与装备.设备主要包括纳米材料的粉碎、混合、分散、测试等设备。
在整个产业链的中游,主要米乐M6 米乐是纳米材料的制造,其中包括纳米粉末、纳米薄膜、纳米纤维、纳米块体,以及纳米复合粉末、纳米磁性液体、纳米涂层材料、纳米纤维和纳米复合材料。
在下游,主要涉及电子信息,新能源,生物医药,建筑化工,服装纺织,节能环保,增强结构等。
例如,纳米粒子可以用于药物传递系统,使药物更容易被吸收并集中于特定的目标细胞。
在电子学领域,纳米材料也有许多应用。例如,碳纳米管可以用作场发射器件和半导体材料,而金属纳米粒子则可以用作表面增强拉曼光谱的增强剂。
此外,纳米材料还可以用于环境保护和能源方面。例如,纳米吸附剂可以用于去除水中的污染物,纳米材料也可以用于制造更高效的太阳能电池和储能设备。
虽然纳米材料技术的应用前景广阔,但也需要注意一些潜在的风险,例如纳米材料的毒性和环境影响等问题,需要得到更深入的研究和关注。
隐身技术在现代战争中作为极为重要的突防手段,是世界各主要军事强国重点发展的领域之一。近年来,纳米隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性,已经引起了各国研究人员的高度重视,并将其作为新一代隐身材料进行探索和研究。
纳米隐身材料为什么会具有优良的吸波特性呢?首先还是要从纳米材料本身的特性米乐M6 米乐谈起。
(1)表面效应。纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例,随着粒径的减小,表面原子数量比迅速增加。由于表面原子数量比增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。
(2)量子尺寸效应。粒子尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子连续能级离散化,致使纳米材料具有高的光学非线性,特异的催化及光催化特性。
(3)小尺寸效应。当超细微粒的尺寸与光波波长或德布罗意波长及超导态的相干长度等物理尺寸特征相当或者更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,从而产生一系列的光学、热学、磁学和力学性质。
由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级,物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。下面以纳米金属粉体为例,具体分析电损耗型纳米隐身材料的吸波机理。
金属粉体(如铁、镍等)随着颗粒尺寸的减小,特别是达到纳米级后,电导率很低,材料的比饱和磁化强度下降,但磁化率和矫顽力急剧上升。粉体在细化过程中,处于表面的原子数越来越多,增大了纳米材料的活性,因此在一定波段电磁波的辐射下,原子、电子运动加剧,促进磁化,使电磁能转化为热能,从而增加了材料的吸波性能。
(1)宽频化。目前的反雷达探测隐身技术主要是针对厘米波段雷达,覆盖的频率段有限。而近年来随着先进红外/紫外探测器的发展,米波段雷达、毫米波段雷达等新型先进探测器的相继问世,给原有的隐身手段提出了新的严峻挑战。这就要求隐身材料具备宽频带吸波特性,即用同一种隐身材料对抗多种波段的电磁波源的探测。
图注:中国JY-26远程相控阵雷达,近年来随着米波段雷达、毫米波段雷达等新型先进探测器的相继问世,给原有的隐身手段提出了新的严峻挑战,这就要求隐身材料具备宽频带吸波特性
(2)复合化。根据目前吸波材料的发展状况,一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术所提出的“薄、轻、宽、强”的综合要求,因此需要将多种吸波材料进行多种形式的复合来获得最佳隐身效果。
(3)低维化。人们为探索新的吸收机理和进一步提高吸波性能,已经日益重视研究纳米颗粒、纤维、薄膜等低维材料。研究对象集中在磁性纳米粒子、纳米纤维、颗粒膜与多层膜等方面,是隐身材料发展中极具潜力的一个方向。
(4)智能化。目前在航空航天领域内,智能化材料正得到越来越广泛的应用,如现在正处于实验室或初步应用阶段的飞行器自适应蒙皮技术,就要求蒙皮材料对气流的流态做出响应,以自身形变调整与气流接触面的形状,达到最适应当前气流流态的效果。
“十四五”时期,新型3D打印材料、超导材料、智能仿生材料等在工业、电力、通信、军事、医疗等方面都有很大的应用前景。金属、高分子、生物、复合材料等材料将会是未来的投资重点,而随着对新材料的重视程度越来越高,纳米材料在未来的发展中也会越来越受到重视。