【文章內(nèi)容簡介】 。由于納米衛(wèi)星性能好，可靠性強，故它在通信領域、軍事領域、對地觀測、科學研究等方面有廣泛的應用前景。為降低發(fā)射費用，納米衛(wèi)星常采用一箭多星的發(fā)射方式進行發(fā)射，目前已經(jīng)發(fā)射的包括：俄羅斯的SPUTNIK2衛(wèi)星、美國的AUSat衛(wèi)星和PICOSAT衛(wèi)星，以及英國的SNAP1衛(wèi)星等。納米衛(wèi)星的功能多樣。QuakeSat衛(wèi)星可以使用磁力計對高空的低頻磁場等進行研究，用以對地震進行分析預測。日本東京大學的XIIV納米衛(wèi)星就使用CMOS相機對地球和太陽影像進行拍照，英國薩瑞公司的SNAP1型衛(wèi)星可對其它衛(wèi)星拍照，用以判斷在軌航天器的完好狀態(tài)和工作能力。nCube衛(wèi)星可以接收船只的廣播AIS信號，提供船只的方位、位置等信息，確保船舶航行安全。此外，納米衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡在應急通信領域也具有巨大的潛在優(yōu)勢。目前在國際納米衛(wèi)星研究領域，美國處于技術(shù)領先地位。2002年12月，美國“奮進”號航天飛機就發(fā)射了兩顆只有2磅重的納米衛(wèi)星。從2003年開始，美國空軍和國防高級研究計劃局開始研發(fā)新一代低成本軍用納米衛(wèi)星，并于近幾年相繼交付。二、納米碳管———太空纜繩碳納米管由日本科學家于1991年研究發(fā)現(xiàn)，是由Sp2雜化碳原子排列成的石墨片層卷曲而成，具有納米級一維管狀結(jié)構(gòu)的納米碳材料。理論預測和實驗結(jié)果均表明：CNT具有超高的強度、模量和韌性，其彈性模量高達1 TPa，拉伸強度超過100 GPa，斷裂伸長率達到15%30%。納米碳管具有強度高、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、柔軟靈活、導熱性好、表面積大及許多奇異的電子性質(zhì)等特點。單個納米碳管的直徑只 ，5萬個納米碳管并排在一起僅相當于一根頭發(fā)絲的直徑。它可能成為未來理想的超級纖維。納米碳管的一種可能具有突破性的應用，是用于太空升降機。用其做成的太空纜繩，與鋼或其他特質(zhì)不同的關鍵是它能支持住自身的質(zhì)量而不會斷掉。這就提供了一種把人或物品提升到外層太空的可能方法，也許將成為人類移居外星球的最理想方法。2013年，中國清華大學魏飛教授團隊成功制備出單根長度達半米以上的碳納米管，創(chuàng)造了新世界紀錄，對于碳納米管的生長而言，其高溫生長過程中催化劑的失活是一個不可逆的規(guī)律，從而限制了碳納米管的長度；因此盡可能地提高其催化劑活性概率是進一步提高碳納米管長度的唯一途徑。三、納米軍服面料和納米纖維利用特殊的納米技術(shù)對傳統(tǒng)的材料進行處理，形成相互交錯混雜的具有互特性的二維納米相區(qū)，使原來無法兼容的特性通過它低度的相互協(xié)同作用表現(xiàn)出來，從而生產(chǎn)出功能強大的新型軍用服面料。這種新型軍服具有抗紫外線、吸收紅外線、抗老化和熱老化，以及減輕、保暖、隔熱的作用。由于納米材料具有小尺寸效應及宏觀量子效應，將大幅度地提高材料的彈性、強度、耐磨性和穩(wěn)定性。二維協(xié)同納米技術(shù)的運用，使軍服不但防油、防水、抗菌、抗污，清潔起來也極其簡便，穿著也柔軟舒適，更加適應野戰(zhàn)條件下的要求。此類軍服所需面料，在理論上已得到證實，現(xiàn)正加緊應用研究。在這一領域我國處于世界先進水平行列。四、納米流體流動強化傳熱航天器中安裝有借助于液體工質(zhì)單相對流換熱實現(xiàn)熱控制的泵驅(qū)動液體回路系統(tǒng)實現(xiàn)艙內(nèi)溫度指標的控制。液體回路系統(tǒng)的質(zhì)量及功耗在壓力艙內(nèi)占有較大比例，而新型航天器(如大型航天器、無人自主深空探測器、小衛(wèi)星和納米衛(wèi)星等)的研制需求日益迫切，航天器的電子器件及設備的功率日趨增大，對航天器熱控制技術(shù)和液體回路系統(tǒng)提出了更新更高的要求，加上航天器所處的空間電子器件散熱困難。傳統(tǒng)的純液體工質(zhì)和常規(guī)的散熱措施難以滿足熱負荷日益增長的航天器熱控系統(tǒng)的需要。目前，航天器液體回路系統(tǒng)采用的傳熱工質(zhì)是一種冰點低、比熱大、粘度小、無毒的化合物，具有適合在航天器中使用的獨特優(yōu)點，但由于它的導熱系數(shù)極低，很難滿足航天器不斷增長的高強度、高負荷傳熱的要求。納米流體是指以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或金屬氧化物粒子，形成一類新的傳熱工質(zhì)。已進行的研究表明，在水、乙二醇等常規(guī)液體中添加納米粒子，可以顯著增加液體的導熱系數(shù)和對流換熱系數(shù)，顯示了納米流體在強化傳熱領域具有廣闊的應用前景。實驗研究已證明，納米流體強化傳熱技術(shù)應用于航天器熱控系統(tǒng)是可行的。五、納米材料在航天器材料上的應用(一)納米材料在航天器功能材料上的應用(1)金屬及金屬基復合材料晶粒細化是目前唯一的一種既可以提高金屬強度，又可以提高韌性的方法，而且也是提高金屬材料強度最有效的方法之一。在納米金屬材料中普遍存在著細晶強化效應，即材料的硬度和強度隨著晶粒尺寸的減小而增大，利用添加納米陶瓷來增強金屬合金基材料的方法，就是把超微細陶瓷粉末引入金屬基體(如向鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金中引入SiC、Si3NTiN)均勻分散于合金中，例如，將納米碳化硅、納米氮化硅、納米氮化欽、納米硅粉添加到金屬基體(鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金)中，可制造出質(zhì)量輕、強度高、耐熱性好的新型合金材料。納米晶合金打破了常規(guī)合金生產(chǎn)中的一些定律，即硬度提高必然伴隨韌性下降的結(jié)論，對于小尺寸晶粒，納米合金變質(zhì)劑的高表面活性可以使晶粒以較快速度合并，使晶粒尺寸增大和晶粒與晶粒合并的驅(qū)動力同時減小。在合金中形成晶須結(jié)構(gòu)，明顯提高合金硬度及韌性。研究發(fā)現(xiàn)，在航天領域使用較多的金屬材料Al、Ti，采用納米材料增強后，其強度有較大提高，同時重量有較大降低，有望在航天艙體結(jié)構(gòu)材料上得到應用。(2)聚合物基復合材料納米粒子加入聚合物基體后，可提高其耐磨性、硬度、強度和耐熱性等性能。舉例說明，在酚醛樹脂中加入5 %左右的某納米粉，除層剪強度無顯著提高外，玻璃鋼的拉伸強度、彎曲強度、彈性模量等力學性能均有顯著提高，并且線燒蝕率顯著下降。北京玻璃鋼研究院的研究表明，將某些納米粒子摻入樹脂體系，對玻璃鋼的耐燒蝕性能大大提高。這些研究對于提高導彈武器酚醛防熱燒蝕材料性能、改善武器系統(tǒng)工作環(huán)境、提高武器系統(tǒng)突防能力有著深遠影響。像納米氮化鋁應用于環(huán)氧樹脂，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高，彈性模量達到極大值。將納米氮化鋁添加到環(huán)氧樹脂中制得的復合材料，在結(jié)構(gòu)上完全不同于添加粗晶的氮化鋁環(huán)氧樹脂基復合材料：粗晶氮化鋁一般作為補強劑加入，其主要分布在高分子材料的鏈間，而納米氮化鋁由于表面嚴重的配位不足、龐大的比表面積使其表現(xiàn)出極強的活性，同時，尚有一部分納米氮化鋁顆粒分布在高分子鏈的空隙中。與粗晶氮化鋁相比，納米氮化鋁具有很高的流動性，可使環(huán)氧樹脂的強度、韌性及延展性均大幅提高。(3)工程塑料及其它復合材料納米材料與工程塑料復合既能提高工程塑料的固有性能，又可賦予其高導電性、高阻隔性及優(yōu)良的光學性能等。因此，把納米材料應用于工程塑料的改性，可進一步拓寬工程塑料的應用范圍。工程塑料與納米粒子復合材料就是采用納米粒子對有一定脆性的工程塑料增韌是改善工程塑料韌性和強度等力學性能的一種行之有效的方法。只要納米粒子與基體樹脂結(jié)合良好，納米粒子也可承受拉伸應力，增韌、增強作用明顯。少量納米氮化欽粉體用于改性熱塑性工程塑料時，可起到結(jié)晶成核劑的作用。而大量納米氮化欽顆粒彌散于PET中，可大幅提高PET工程塑料的耐磨性和抗沖擊性能。另外的像還有工程塑料與納米磁性金屬及其氮化物復合材料，納米磁性材料具有單磁疇結(jié)構(gòu)，其磁化率、矯頑力很高，飽和磁矩和磁損耗較低，而且它的磁化過程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進行，所以可用作永磁記憶材料，以顯著提高信噪比，改善圖形質(zhì)量，有望在衛(wèi)星記憶材料上得到應用。國外已制造出性能優(yōu)于NdFeB 的具有高矯頑力的納米 NdFeB 材料。日本于 1988 年研制成功的納米軟磁材料“Finemet”，具有鐵基非晶材料優(yōu)異的高頻特性，有可能在航天儀表上得到應用。而工程塑料與納米磁性金屬復合材料則具有特殊的光電功能(對電磁波有特殊的吸收作用)和優(yōu)良的磁性能及導電性，可廣泛應用于軍事、航空航天、電子通訊等高技術(shù)領域。比如用偶聯(lián)劑進行表面處理后的納米碳化硅，在添加量為10%左右時，可大大改善和提高PI聚酞亞胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)等特種塑料的性能，全面提高材料的耐磨、導熱、絕緣、抗拉伸、耐沖擊、耐高溫等性能。(4)陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體，與各種納米材料復合制得的材料。陶瓷基體包括氮化硅、碳化硅等。這些先進陶瓷具有耐高溫、強度和硬度高、相對重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能，而其致命的弱點是具有較強的脆性，在應力作用下，會產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導致材料失效。而納米陶瓷在室溫下就可以發(fā)生塑性變形，在高溫下有類似金屬的超塑性。研究發(fā)現(xiàn)，將納米粒子分散到陶瓷基體中，可以極大提高材料的斷裂強度和斷裂韌性，明顯改變耐高溫性，并提高材料硬度、彈性模量和抗熱震及抗高溫蠕變性，其強度和韌性約提高 2～4 倍。新型陶瓷材料具有優(yōu)異的高溫強度、耐磨性、耐熱性和耐蝕性，是固體發(fā)動機碳 / 碳噴管和燃燒室之間的熱結(jié)構(gòu)絕熱連接件的理想材料，還可用于噴管出口錐有關部件。把納米粉末引入陶瓷基體中制成顆粒增強復合材料可極大地提高材料的強度、韌性和高溫性能，使之成為很有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料，有可能用于未來的熱機和航天熱防護。陶瓷基復合材料己實用化或即將實用化的領域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機制件、能源構(gòu)件等。例如，納米氮化硅摻雜制造的精密陶瓷結(jié)構(gòu)器件可用于冶金、化工、機械、航空、航天及能源等行業(yè)中使用的滾動軸承的滾珠和滾子、滑動軸承、套、閥，以及有耐磨、耐高溫、耐腐蝕要求的結(jié)構(gòu)器件中。(二)納米材料在航天器功能材料上的應用(1)導電、導磁、導熱、隔熱、耐燒蝕、防熱等功能材料納米TiN具有優(yōu)良的導電性能，在Al2O3基體中加入納米TiN顆?？梢杂行Ы档推潆娮杪?，隨著納米TiN加入量的增加，復合材料的電阻率逐漸降低，當加入量達到20vol%以后，復合材料的電阻率趨于穩(wěn)定。由于納米材料自身的特點，納米TiNAl2O3復合材料具有更好的導電性能，特別在低添加量時，效果尤為明顯。超高導熱納米AlN復合的硅膠具有良好的導熱性，良好的電絕緣性，較寬的電絕緣性使用溫度（工作溫度60℃～200℃），較低的稠度和良好的施工性能。如CPU與散熱器填隙、大功率三極管、可控硅元件、二極管、與基材接觸的細縫處的熱傳遞介質(zhì)。納米導熱膏是填充IC或三極管與散熱片之間的空隙，增大它們之間的接觸面積，達到更好的散熱效果。納米AlN粉體可以大幅度提高塑料的導熱率。通過實驗產(chǎn)品以5~10%的比例添加到塑料中。導熱率提高了16倍多。相比較目前市場上的導熱填料（氧化鋁或氧化鎂等）具有添加量低，對制品的機械性能有提高作用，導熱效果提高更明顯等特點。目前相關應用廠家已經(jīng)大規(guī)模采購納米氮化鋁粉體，新型的納米導熱塑料將投放市場。納米AlN粉體與硅匹