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导读:掺杂共轭聚合物,以及其他具有金属导电性的有机材料,通常称为合成金属。这个名词通过AlanMacDiarmid“合成金属:有机聚合物的新型作用”为人们所熟知。该术语也可以在专门介绍这些材料的Elsevier杂志和国际合成金属科学技术会议上看到。“合成金属”这个术语使用的时间已经足够长,所以很少有人质疑它的起源。因此,回顾一下这一术语的起源历史是有必要的。
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掺杂共轭聚合物,以及其他具有金属导电性的有机材料,通常称为合成金属。这个名词通过AlanMacDiarmid“合成金属:有机聚合物的新型作用”为人们所熟知。该术语也可以在专门介绍这些材料的Elsevier杂志和国际合成金属科学技术会议上看到。“合成金属”这个术语使用的时间已经足够长,所以很少有人质疑它的起源。因此,回顾一下这一术语的起源历史是有必要的。
人们认为 次使用这个术语是AlfredUbbelohde在1969年开始的。在Weinberg的关于Ubbelohde的传记中可以找到一个明显的事例:“Ubbelohde创造了诱人的表达”合成金属,是包括金属传导材料创造的,但这些材料又完全由非金属原子如碳、氮、氢、卤素和氧组成的。但事实上,这个术语的出现早于Ubbelohde,这可以在1911年的HerbertMcCoy的着作中找到。
HerbertNewbyMcCoy(1870-1945)于1898年在芝加哥大学获得博士学位,并在前往工厂之前拥有犹他州和芝加哥的职位。虽然他为人所熟知的是稀土化学专业的研究,但也被认为是通过电解(CH3)4N+盐在1911年 位制备有机金属的人。这可追溯到1808年关于汞合金的报道,McCoy认为还原铵可以显示类似于金属钠的金属性质。
使用汞电极,电解产生类似于钠汞齐的具有金属光泽的固体。虽然不是很稳定,但被确认为是具有金属导电性的铵自由基的汞齐。McCoy总结道:“成果刚被检查过,虽然数量很少,但很有可能制备复合金属物质,就是称为合成金属的物质,并且这些组成元素中至少一部分是非金属的。”1986年,Bard和同事认为,这些产品实际上是由汞还原NH4+(Hg4-)产生的的Zintl离子盐。因此,这些不是初认为的有机金属,而似乎是“合成金属”的起源。该术语随后在文献中不再使用,直到1969年Ubbelohde使用它描述插层石墨时再次出现。
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所谓耐候板材料,指能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量,从而减少电磁波干扰的一类材料。人们越来越认识到电磁波辐射对环境的影响,飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点;医院的电子诊疗仪器因电磁波干扰而无法正常工作;电磁辐射也可能对人体造成直接或间接的伤害。耐候板材料在国防上的重要作用也日益显现,在各种武器装备和军事设施上面涂复吸收材料,是反雷达侦察的一种有力手段,美国在伊拉克战争中使用的涂复了吸收材料的隐形飞机,有效避开了伊拉克的雷达监测。因此,发展耐候板材料已成为材料科学的一大课题。
作为耐候板材料,必须在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率,目前研究为成熟的耐候板材料是铁氧体。铁氧体材料在高频电磁场作用下会造成比较大的磁损耗来吸收电磁波,具有价格低廉、耐候板性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点。
的研究发现,碳纳米管有可能在耐候板材料研发中扮演重要角色。碳纳米管粒子尺度在1~100nm,远小于红外线及雷达波波长(1~1000μm),因此碳纳米管微粒材料对红外及微波的吸收性能比普通耐候板材料要好得多。碳纳米管材料具有比普通粗粉体耐候板材料大3~4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,悬挂键增多,大量悬挂键的存在容易造成界面极化,而高的比表面积和高比例表面原子又会导致多重散射,这些因素使得碳纳米管具有很好的耐候板特性。宏观量子隧道效应和量子尺寸效应的存在使得碳纳米管粒子的电子能级分裂,通过分裂而产生的能级间隔正好位于微波所对应的能量范围内,从而产生新的耐候板通道。在微波场的辐射下,原子和电子相对运动加剧,促使其磁化,从而通过使电子能转化为热能来加大对电磁波的吸收效果。碳纳米管还可以通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁极化衰减来吸收电磁波。碳纳米管独特的螺旋结构也影响其耐候板性能。
目前的研究工作表明,将碳纳米管这种具有形态结构可控制、质量轻、导电性可调变、吸收电磁波频带宽、高温抗氧化性能强等优点的新型耐候板材料与研究为成熟、具有价格低廉、耐候板性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点的铁氧体耐候板材料相结合,必定能实现耐候板材料的跨越性进步。例如,将多壁碳纳米管分散于BaFe10Mg0.5Co0.5ZrO19的前驱体溶液中,通过溶胶凝胶工艺制备Mg-Co-Zr取代的钡铁氧体负载的多壁碳纳米管复合纳米粒子,具有比单一钡铁氧体和多壁碳纳米管更为优异的耐候板性能,当碳纳米管体积分数在8%时具有 耐候板效果,反射率在8~12GHz波段内优于-20dB。又如,通过柠檬酸络合物形成的溶胶凝胶制得钴铁氧体,将其与碳纳米管混合均匀制备涂层。当碳纳米管的质量分数为20%时,厚度仅为1mm的涂层, 峰值就能达到-19.2dB,优于-10dB的有效带宽达3.1GHz。
俄罗斯 研究型工艺技术大学“超导超材料”实验室的科研团队研发出一种独特超材料,有望为“隐形”传输信息奠定基础。
超材料是具有超常物理特性的人工复合材料,因其结构的不均匀性,它可以改变电磁波的方向和性质,以及控制光的性质。比如,借助它们可以在某种电磁辐射波段内使物体隐形。这种材料重要的实际应用之处在于国防工业或者超级计算机领域。
该团队制造出了一种独特的扁平超材料,它是由强激光从普通钢铁上切下的所谓超分子的小型扁平栅栏晶格。该大学信息学副博士阿列克谢?巴 说,通过这种方法所制造出来的晶格特殊排列构成了电磁力矩的总和。
巴 说:“我们开发的电磁力矩不可思议的应用方向是,不借助于电磁场而借助于电磁势来研究物体的相互作用,这是量子物理中的阿哈罗诺夫—玻姆效应。”
他说:“电磁力矩不辐射电磁场,但可以辐射电磁势,这样就出现了掩蔽各种物体的独特可能性。具体而言就是把它们从电磁场中屏蔽掉,制造出仅靠矢势调制而秘密传输数据的装置。这可能意味着,我们看不到自然界中的许多物体,因为它们不与电磁场发生相互作用,而只同电磁势发生相互作用。”
目前,俄罗斯 研究型工艺技术大学的专家们正设法验证利用这种新材料来“隐形”传输信息的可能性。
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