吸波材料研究新进展_胡小赛
CARBON TECHNIQUES
炭
素
技
术2016年第2期
第35卷
2016№2Vol．35
吸波材料研究新进展
胡小赛，沈勇，王黎明，郑景景，程洋，邢亚均
(上海工程技术大学服装学院，上海201620)
摘要：吸波材料是实现雷达隐身的关键材料，其研究对军用和民用都具有非常重要的意义。由于传统吸波材料存在吸收频带窄、吸收强度弱及密度大等问题，“薄、宽、轻、强”的新型吸波材料成为当前研究的热点。本文综述了炭系吸波材料、导电高聚物、手性吸波材料及超材料等吸波材料的最新研究应用现状，并展望了吸波材料未来发展趋势。关键词：炭系吸波材料；导电高聚物；手性吸波材料；超材料中图分类号：TB34；TN972
文献标识码：A
文章编号：1001-3741(2016)02-11-07
DOI:10.14078/https://www.sodocs.net/doc/5a8773851.html,ki.1001-3741.2016.02.003
Research progress of novel microwave absorbing materials
Hu Xiao -sai ，Shen Yong ，Wang Li -ming ，Zheng Jing -jing ，Cheng Yang ，Xing Ya -jun
(College of Fashion,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)
Abstract:Microwave absorbing materials play an important role in the radar stealth.Research on microwave absorbing materials is significant for both military and https://www.sodocs.net/doc/5a8773851.html,pared with the traditional microwave absorbing materials,novel microwave absorbing materials with broad absorption frequency band,strong absorption capacity,low density and light weight have drawn considerable in -terests due to their unique electric properties.In this paper,microwave absorbing materials including carbon-based materials,con -ductive polymers,chiral materials and meta-materials were reviewed in detail and the future developments of the microwave absorb -ing materials were prospected.
Key words :Carbon-based material ；conducting polymer ；chiral materials ；meta-materials
基金项目：上海市教委科研创新（重点）项目(12zz180)作者简介：胡小赛（1988-），男，在读硕士研究生，从事电磁屏蔽及吸波材料的研究。
通讯作者：沈勇，E -mail ：shenyong@https://www.sodocs.net/doc/5a8773851.html, 。收稿日期：2015-09-15
随着新型雷达、先进探测器探测技术的相继问世，未来战场上的各种武器系统和战略目标面临着更加严重的威胁，现代军事隐身技术作为提高武器系统生存能力有效手段，受到世界各国的高度重视[1-2]。通过隐身技术可以减小目标的雷达散射截面，衰减雷达回波强度，进而提高武器装备在战场上的生存和突防攻击能力[3-4]。因此，吸波材料技术的发展和应用成为现代军事研究的关键。
除了在军事隐身领域，吸波材料也是微波暗室、电磁信息泄漏防护、电磁辐射防护、建筑吸波材料等国防军工与民用技术领域中的关键材料[5]。本文结合国内外学者的研究情况，综述了炭系吸波材料、导电高聚物、手性吸波材料、超材料的最新研究进展，并指出了目前吸波材料存在的问题以及今后的主要研究方向。
1
吸波材料的研究现状
1.1
炭系吸波材料
炭系吸波材料主要包括碳纳米管、石墨烯等，
具有原料来源广泛、制备工艺简单、电导率高、温度稳定性好等优点。
碳纳米管（CNTs)是由石墨平面绕着中心轴按一定的螺旋度卷曲而成的管状物，管壁是由接近完美的六边形排列的碳原子组成，特殊的结构和介电性能使其作为吸波材料具有质量轻、兼容性好、吸波频带宽等优点。但是CNTs 不易与空气达到阻抗匹配，而CNTs 复合磁性材料可以减小其复介电常数的实部和虚部，从而实现介质与空气的阻抗匹配，有利于微波在材料中的损耗[6-7]。Gan Jet Hong Melvin 等[8]研究了纳米Ag 包覆CNTs （Ag@CNTs ）复合材料及CNTs 在0.5~14GHz 吸波性能，当涂层厚度为1
mm 时，复合材料的反射损失小于-10dB 的频带为11.7~14.0GHz ，最大反射损失为12.9GHz 的-21.9
dB ；而CNTs 的反射损失小于-10dB 的频带为12.1~14.0GHz ，最大反射损失为13.5GHz 的-14.1dB ，见图1。Ag 包覆CNTs 使得吸波介质的阻抗更
加接近自由空间的阻抗，从而使得电磁波能实现在
第35卷
炭素技术介质表面几乎零反射，因此Ag@CNTs 的吸波性能优于CNTs 。
Xiaosi Qi 等[9]通过化学气相沉积法使Fe 沉积在CNTs 表面制得核-壳结构的Fe/CNTs 复合材料，在1~18GHz 复合材料的厚度为1.5mm 时，吸收损耗小于-10dB 带宽为3.1GHz ，在17.15GHz 出现
最大吸收损耗为-40.15dB 。更进一步，Jun Qiu 等[10]以树状结构的Fe 3O 4-CNTs-HPCFs 为吸收剂，石蜡为基体制备微波吸收复合材料，并测试了其在2~18
GHz 的电磁性能。由于碳纳米管的缺陷、多孔结构
及悬空键的存在以及Fe 3O 4和CNTs-HPCFs 之间的协同作用，材料表现出优异的吸波性能。涂层厚度为1.5~3.0mm 时，反射率在10.2~18GHz 波段内小于-15dB ；当涂层厚度为2.5mm 时，在14.03GHz 出现最优反射率峰值可以达到-50.9dB 。然而，涂层中过量的CNTs 会导致辐射到介质表面的电磁波出现明显的趋肤效应，产生界面反射从而降低吸波性能。目前研究的主要方向是碳纳米管/聚合物复合吸波材料，但CNTs 之间存在较强的范德华力作用，极易发生缠绕和团聚，在聚合物中均匀分散是一个难点。研究表明：改变碳纳米管的表面处理工艺能改善其在介质中的分散性进而增强碳纳米管类吸波材料的吸波性能。Junye Cheng 等
[11]
用等离子对
CNTs 进行前处理然后在其表面原位聚合生成PANI 复合体，研究了其导电性能和吸波性能。结果显示：与纯CNTs 相比，PANI 包覆的CNTs 表面粗糙
且交织现象变弱，说明采用此法能很好地解决
CNTs 的分散问题，而良好的分散性是提高材料吸
波性能的有效途径。其中经前处理的复合材料的直径达150nm ，而未经前处理的直径小至80nm ，表明等离子前处理有利于PANI 在CNTs 表面原位聚合，使复合材料兼具良好的磁性能和电性能。另外，由于CNTs 和PANI 的相互作用增强了电子离域，
有利于复合材料提高导电性能，所以前处理的复合材料的导电率可达4.542S/cm ，未经前处理的复合材料的导电率仅有0.443S/cm 。在2~18GHz 测试了吸波性能，前处理的复合材料的最大吸收损耗为
14.24GHz 的-34.3dB ，反射损耗小于-20dB 的带宽达6GHz ，显示出良好的宽频吸收特性。
石墨烯具有介电损耗高和低密度等优点，在微波吸收方面具有良好的研究应用前景。但高的介电损耗很难获得良好的电磁参数，导致石墨烯的阻抗
匹配性能较差，采用其他材料修饰石墨烯改变介电常数能明显改善材料的吸波性能[12]。Meng Zong 等[12]采用水热法合成了还原氧化石墨烯（RGO ）/CoFe 2O 4复合材料。TEM 和SEM-EDS 显示CoFe 2O 4纳米片直径为15~20nm ，均匀地分散在纳米RGO 的表面。室温下CoFe 2O 4、RGO-CoFe 2O 4的饱和磁化强度、矫顽力及剩余磁化强度分别为63.7emu/g 、792Oe 、
25.6emu/g 和53.6emu/g 、768Oe 、25.3emu/g ，可见由于无磁性的RGO 的存在，使得RGO-CoFe 2O 4的饱和磁化强度低于CoFe 2O 4的饱和磁化强度。在2~18GHz 内，RGO-CoFe 2O 4的介电损耗角正切值均大于0.3，从而使得复合材料具有明显的介电损耗。复
合材料在15.6GHz 、1.6mm 厚度处有最大反射损失-44.1dB ，在厚度1.5mm 处的吸收损耗小于-10
dB 的带宽达6.4GHz(10.8~17.2GHz)；而CoFe 2O 4吸收损耗在测设频率内仅达-4dB 。引入CoFe 2O 4，一
方面使得RGO 的复介电常数降低，有利于阻抗匹配；另一方面，高的损耗角正切利于微波衰减损耗，从而能显著提高介质的吸波性能。Zetao Zhu 等[13]使用镍修饰石墨烯，当镍的质量分数为54%时而涂层厚度是2.5mm 时，吸收损耗优于-10dB 的频带在
11.3~17.5GHz ，最大吸收损耗是14.1GHz 的-21.6dB 。这说明在石墨烯表面修饰导电颗粒，可以明显改善材料的电磁波吸收性能。Lei Wang 等[14]用NH 4HCO 3改性石墨烯制得N-石墨烯，然后利用原位聚合法制得N-石墨烯@聚苯胺核-壳结构的复
合材料，接着利用共沉淀法制得N-石墨烯@聚苯胺/Fe 3O 4复合材料。当N-石墨烯@聚苯胺涂层厚度是3mm 时，最大吸收损耗值是-24.6dB ，吸收损耗小于-10dB 的带宽为1.2GHz （6.5~7.7GHz)；当
N-石墨烯@聚苯胺/Fe 3O 4涂层厚度是2.7mm 时，最大吸收损耗值是14.8GHz 的-40.8dB ，吸收损耗小于-10dB 的带宽达5.1GHz （10.4~15.5GHz)。Meng Zong 等[15]通过水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO ）/Ni 0.5Zn 0.5Fe 2O 4复合材料，并研究了其在2～18GHz 的微波吸收性能。由于纳米Ni 0.5Zn 0.5Fe 2O 4粒子的作用，RGO/Ni 0.5Zn 0.5Fe 2O 4复合材料不仅具有较大的介电
图1
碳纳米管和银包覆碳纳米管的吸波损耗
Fig.1Reflection loss of the modified CNT composite (d =1mm)
and Ag/CNT hybrid nanocomposite (d =1mm)in the range of 0.5~14GHz
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第2期损耗，同时具有磁损耗，使得吸波介质不仅易于达到阻抗匹配，也能提高其微波衰减性能。实验结果表明，复合材料厚度为2.8mm 时，在10.7GHz 有最大反射损失-47.8dB ；厚度为2.0mm 时，反射损失小于-10dB 带宽达4.8GHz （13.2~18.0GHz ）。
近年有关石墨烯基吸波材料的研究越来越多，与碳纳米管相比，它显示出更强的微波衰减性能。近期研究表明[16]：还原石墨烯氧化物中大量残余的能带缺陷和基团分别能引发缺陷的极化弛豫和基团的电子偶极弛豫，使其转到费米能级状态，有利于石墨烯材料散射和吸收衰减电磁波，拓展了石墨烯在吸波材料方面的应用。
1.2导电聚合物吸波材料
导电高聚物具有结构多样化、加工性能好、电
磁参数可控等物理化学特性，经过多年研究，导电高聚物在技术应用探索和实用化等方面都取得了长足的进步。
导电聚苯胺因具有热稳定性、易掺杂及导电性好等优点，被认为是最有前景的导电高分子。但是传统的PANI 并不带有磁性，通过改变PANI 的形貌可赋予其磁性能，加之本身优良的导电性能，极大促进了PANI 在微波吸收方面的发展
[17-18]
。Yan -
jun Li 等[19]利用原位聚合法制备了3种不同形貌的PANI ，分别是未加助剂的用樟脑磺酸掺杂的聚苯胺（M-PANI-1)、添加助剂N-苯基-1，4-苯二胺用樟脑磺酸掺杂的聚苯胺（M-PANI-2)和用盐酸掺杂的聚苯胺（T-PANI)。FE-SEM 图显示3种聚苯胺的形貌明显不同且不规整程度由大到小依次是T-PANI 、M-PANI-1、M-PANI-2，T-PANI 的形貌多呈簇状结
构，M-PANI-2的形貌多呈纤维状结构，见图2。
XRD 显示PANI 的结晶度从大到小为M -PANI-2、M-PANI-1、T-PANI ，表明樟脑磺酸和助剂的协同作用可以进一步提高PANI 的结晶度，有利于提高PANI 的导电性能。而M-PANI-2、M-PANI-1、T -PANI 的磁饱和强度差别较大，分别为
0.0047，0.0031，0.00015emu/g ，也是因为樟脑磺酸和助剂的协同作用使得PANI 的螺旋结构更加规
整，因此M-PANI-2表现出更优异的磁性能。室温下在26.5~40GHz ，M-PANI-2的磁损耗角正切最大，也是由于上述原因。当吸波材料厚度为0.9mm 时，M -PANI -2、M -PANI -1吸收损耗在26.5~40
GHz 优于-10dB 的带宽分别为10GHz 和5GHz ，
最大吸收损耗分别为-34.4dB 和-33.8dB ；而T-
PANI 最大吸收损耗仅为-7.5dB ，磁性导电PANI
在轻质宽频吸波材料方面有良好的应用前景。
为了进一步拓宽导电高聚物在微波吸收方面的应用，将导电高聚物与无机磁性材料复合，进而使吸波剂电磁参数趋近最佳匹配，可以明显提高材料的微波吸收性能。Fenfang Xu 等[20]利用原位聚合法制备Fe 3O 4/PANI 核-壳结构的复合吸波材料，
Fe 3O 4的加载量为50%，直径在200~300nm 。在26.5~40GHz 测试了材料的电磁性能和吸波性能，结果显示PANI 的μ′随频率增加而减小，μ″近于0.25；Fe 3O 4/PANI 的μ′随频率增加而增加，μ″则先增加至0.79后减小。当PANI 的涂层厚度为1mm 时，在35.75GHz 有最大吸收损耗-32dB ，吸收损耗小于-10dB 的频带在27.78~32.24GHz 和33.52~40GHz ；而Fe 3O 4/PANI 涂层厚度1mm 时，在28.52GHz 出现最优反射率峰值－37.4dB ，反射损失小于－10dB 的频带宽高达11.53GHz 。可见，由于磁性Fe 3O 4与导电PANI 的协同作用，使得材料的吸波性能得到极大提升。Mei Fan 等[21]利用原位聚合法制备羰
基铁粉/聚苯胺核-壳结构的复合吸波材料，当羰基铁粉/苯胺的摩尔比为0.2∶1、涂层厚度1.4mm 时，吸收损耗小于-10dB 的带宽在10.9~16.7GHz ，最大吸收损耗为13.8GHz 的-52.1dB ；Min Wang 等[22]制备了镍锌铁氧体/聚苯胺复合体，当铁氧体/苯胺摩尔比1∶2、涂层厚度2.6mm 时，最大吸收损耗为
12.8GHz 的-41dB ，吸收损耗小于-10dB 的带宽在5GHz ；Jihai Tang 等[23]进一步研究了三元复合材料
图2
T-PANI （a ）、M-PANI-1（b ）、M-PANI-2（c ）的SEM 图
Fig.2SEM image of T-PANI particle (a),M-PANI-1nanofibers (b),M-PANI-2helical nanofibers (c)
胡小赛，等：吸波材料研究新进展
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·
第35卷炭素技术
的吸波性能，制备了聚苯胺/聚乙烯吡咯烷酮/羰基铁粉复合材料，当涂层厚度1.1mm时，吸收损耗小于-10dB的带宽达12.2GHz（27.3~39.5GHz）；当涂层厚度1.2mm时，在29.4GHz出现最大吸收损耗为-15.28dB。可见将聚苯胺与其他磁性材料复合，不仅能展宽吸收频带，还可显著增强吸收效果，有望发展成具有宽频、强吸收、可设计特殊频段的优良吸波材料。
根据导电高聚物的主要特性及国内外发展现状可以看出，它具有非常好的发展前景，主要包括以下几个方面[24]：(1)利用导电性、颜色等特性的可控性，发展智能型隐身材料；(2)利用性能多样性，发展兼顾微波、红外、可见光波段的多频段隐身材料；(3)利用易加工、成纤维性，与炭纤维等混编，发展多功能隐身材料；(4)向“薄、轻、宽”型隐身材料方向发展。主要通过合成具有电磁双损耗特性的导电高聚物/金属超微粒子复合体提高导电高聚物的磁导率来实现。
1.3手性吸波材料
手性材料是指与其镜像不存在几何对称性，且不能通过任何方法使其与镜像相重合的材料，是一种具有螺旋结构的各向同性的新型电磁波吸波材料。特点是在电磁场的作用下，手性材料会引起电场磁场的交叉极化，从而使其能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。现在研究最多的手性材料是手性导电聚合物、螺旋炭纤维。
手性聚苯胺[25]是研究较多的一类手性导电高分子材料，通常是在手性诱导剂的手性诱导下聚合，因氢键和静电力存在使得聚苯胺主链发生重排，优先选择单一螺旋构型进行生长，形成明显单一螺旋构型的聚苯胺。Fenfang Xu等[20]首先用偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对钡铁氧体(BF)进行羟基改性，然后通过原位聚合法制备铁氧体/手性聚苯胺复合材料。FE-SEM分析证明，改性前六边形的钡铁氧体极少被手性聚苯胺包覆，而改性后明显形成核-壳结构，最大反射损耗值从-30dB提高至-38.5 dB，有效带宽由8GHz提高至10.45GHz，说明核-壳结构更有利于对电磁波的吸收。接着研究了樟脑磺酸用量对复合材料电导率的影响，在樟脑磺酸用量较低时，随着樟脑磺酸用量增加，PANI的掺杂度增加，载流子增多且载流子链间的传输性也增强，使得复合材料的导电率逐渐增大；复合材料的电导率曲线显示，纯聚苯胺的电导率最高，复合材料的电导率随着掺杂钡铁氧体的质量分数增加而降低。当钡铁氧体的质量分数为30%，涂层厚度是0.9mm 时，复合材料的最大反射损耗值达-30.5dB，反射损耗值优于-10dB带宽达12.8GHz。与传统的铁氧体/聚苯胺复合吸波材料相比，铁氧体/手性聚苯胺不仅极大拓宽了吸收频带宽，还显著增强了材料的吸波效果，说明手性聚苯胺有重大的研究应用价值。此外，Jihai Tang等[26]还研究了外加恒定磁场对合成手性聚苯胺吸波性能的影响，SEM显示无论有无外加磁场，掺杂樟脑磺酸的手性聚苯胺外貌均呈纤维束状，直径在150~250nm。不同之处是外加磁场使得纤维束单元能沿聚苯胺大分子链方向生长，所以纤维束长度较长，结晶和取向性均较高。开路电位（OCP）测试表明外加磁场使得聚苯胺的手性特征更加明显，对其吸波性能有重要作用；导电率分析显示适当提高樟脑磺酸与苯胺的摩尔比，两种手性聚苯胺的导电率均会增加，但磁场的存在使得聚苯胺的大分子链更长，表现出更好的导电性能。外加磁场的手性聚苯胺的反射损耗值优于-10dB带宽达6.1GHz（28.9~35.0GHz)，最大反射损耗值是在32.1GHz的-12.3dB；而无外加磁场的手性聚苯胺的反射损耗值优于-10dB带宽仅有1.3GHz （31.2~32.5GHz），最大反射损耗值也仅有-10.1dB。可见，外加磁场对手性聚苯胺的吸波性能应用有指导意义。虽然手性聚苯胺的合成较其他手性导电高聚物的合成简单，但是由于聚苯胺难溶难熔的特点，在实际应用中仍然受到了极大的限制。
螺旋炭纤维是一种新型的手性吸波材料，除具备一般炭纤维的耐热性、化学稳定性、电热传导性等优异的性能外，其特殊的螺旋手性结构使其具有优异的电磁性能，在制备过程中要综合考虑手性参数和纤维结构对吸波性能的影响[27-28]。赵东林等[29]以乙炔、镍板、三氯化磷为原料，通过化学气相沉积法制备螺旋形手性炭纤维。SEM照片显示了不同生长阶段螺旋形炭纤维的形貌，双螺旋炭纤维由初期的相互交叉的两个螺线圈变成最终两个紧密缠绕在一起的双线圈状螺旋形炭纤维。研究表明线圈状螺旋形手性炭纤维的螺旋半径、螺距均较大，更接近于微波的波长，其介电损耗明显大于麻花状螺旋形手性炭纤维的介电损耗。将其用作吸收剂制备芳砜纶蜂窝夹芯结构吸波材料，当复合材料的厚度是9.5mm时，反射率小于-10dB的频带在3.76~18 GHz，频宽达14.24GHz；最大吸收峰在10.4GHz，反射率为-21.62dB。Xian Jian等[31]进一步研究了不同结构的螺旋炭纤维对吸波性能的影响，其利用原位生长法在四针状ZnO（T-ZnO)晶须表面生成四足空心螺旋炭纳米纤维（T-hollow-HCNFs），并比较了其与常规螺旋炭纳米纤维（HCNFs）的导电性能和吸波性能。制备过程：首先利用氯化铜和酒石酸钾
14··
第2期图3
T-hollow-HCNFs 的生长机制
Fig.3Scheme for the preparation of original helical nanofibers
on the surface of T-ZnO
图4蜂窝结构的吸波材料
Fig.4Honeycomb structure absorbing material
钠修饰T-ZnO 晶须，然后利用催化化学气相沉积法（CCVD)在其表面原位生成T-hollow-HCNFs ，具体如图3。
在2~18GHz 内测试了样品的电磁性能和吸波性能，电磁性能测试表明：T-hollow-HCNFs 、HCNFs 二者的复介电常数和复磁导率具有频率依赖性，而二者的导电性能接近，约为0.1S/cm 。按照T-hol -
low-HCNFs/石蜡、HCNFs/石蜡的质量比1∶9制成3mm 厚的复合体，二者最大反射损耗分别为17.7GHz 的-15.97dB 和12.3GHz 的-9.5dB ；前者吸收损耗小于-10dB 的带宽为4.8GHz （13.2~18GHz ）；
后者的吸收损耗小于-8dB 的带宽为5.9GHz 。同纯
HCNFs 相比，T-hollow-HCNFs 显示出更优异的吸
波性能，此结果表明：改变螺旋炭纳米纤维的结构能有效提高材料的吸波性能。此外，在应用中还发现，纯螺旋形手性炭纤维与树脂的界面结合强度较弱，而在炭纤维等表面生成螺旋形手性炭纤维不仅能提高纤维与树脂的界面结合强度，还能增强材料的吸波性能。Lei Liu 等[31]首先将适量纳米镍颗粒包覆在炭纤维表面，然后采用化学气相沉积法在炭纤维表面生成厚度均匀的螺旋炭纤维。XRD 显示炭纤维表面出现镍的弱衍射峰，证明确有部分镍加载在炭纤维表面；FE-SEM 图显示镍颗粒均匀分布在炭纤维表面，颗粒直径在150~300nm 。FE-SEM 图也显示螺旋炭纤维均匀致密的包覆在炭纤维表面，大部分炭螺旋呈微米双螺旋交织形貌，少部分呈纳米单螺旋状。按其与石蜡质量比1∶9制成涂层，微波吸收损耗测试表明，当涂层厚度为2.5mm 时，吸收损耗小于-10dB 的带宽达5.8GHz （10.9~16.7GHz ）。然而，以上研究并未能具体研究微米双螺旋炭纤维与纳米单螺旋炭纤维吸波性能优劣。为此，Lei Liu 等[32]利用镍及镍/氧化铝催化分解乙炔在炭纤维表面形成微米双螺旋炭纤维及纳米单螺旋炭纤维，并用SEM 及矢量网络分析仪表征了材料的形态、结构
及吸波性能。实验发现在炭纤维表面生成的两种螺旋结构均较为规整，不同之处在于微米双螺旋的螺直径较大为4~6nm 、螺距近于0，纳米单螺旋的螺直径与螺距均近500nm 。因纳米单螺旋炭纤维的螺半径与螺距之比更接近0.23，所以其手性参数更大，并且电磁参数显示纳米单螺旋炭纤维的复介电常数小于微米双螺旋炭纤维，因此纳米单螺旋炭纤维吸波性能更优。纳米单螺旋炭纤维吸收损耗优
于-10dB 的带宽达9.6GHz ，最大吸收损耗是-41.2
dB ；微米双螺旋炭纤维的吸收损耗优于-10dB 的带宽
是4.5GHz ，最大吸收损耗是10.2GHz 的-20.2dB 。
然而，螺旋炭纤维不具有磁性，将其与磁性材料复合使之兼具电损耗和磁损耗从而增强材料与空气的阻抗匹配能力，同时也能增加吸波剂对电磁波的磁损耗，更有利于微波在该吸波介质中的衰减。但是，目前该类复合材料的研究报道较少，会是未来螺旋炭纤维类吸波材料的研究热点。当前，手性材料的研究尚处于起步阶段，虽然理论上手性吸波材料具有明显的优势，但还没有令人信服的实践理论依据，其吸波机理及应用还需大量的工作。
1.4超材料
超材料是指自然界不存在，而是通过合理的结
构设计获得超越天然材料所固有的普通物理性质，具有独特电磁属性的是一类新型人工电磁材料。此类材料通过调整单元结构，在较小的厚度下，可实现双向、多吸收带以及宽带吸波等特性，突破了衍射效应给传统吸波材料带来的厚度限制，符合吸波材料轻薄的设计要求。
Daqing Huang 等[33]将3D 超材料嵌入蜂窝结构
（如图4）的吸波材料中，并研究了材料的吸波性能。
实验发现，3D 超材料表现出与2D 超材料不同的磁共振：即在3D 超材料中磁共振不仅发生在平行于金属背板方向，在垂直方向也有，而2D 超材料中仅有平行的方向；此外，3D 超材料没有影响蜂窝结构吸波材料的阻抗匹配，绝大部分电磁波进入了吸波体的内部，这些对提高吸波效果是有益的。随
胡小赛，等：吸波材料研究新进展
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第35卷炭素技术
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[13]
着3D超材料加载量的提高，吸收峰向低频移动，且峰强也有所增加。仿真得到的不同极化角和不同入射角下超材料吸波体的吸收率表明：该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性。在2~18GHz内，复合吸波体不仅实现了双峰吸收，而且吸收损耗小于-10dB频率范围宽为15.7GHz（2.3~18GHz），高出单独蜂窝结构吸波材料的有效带宽达7GHz。Bing Wang等[34]利用激光刻蚀技术在氧化铟锡导电薄膜(ITO)表面蚀刻出树枝状超材料结构，并与电介质聚甲基丙烯酰亚胺泡沫（PMI)和铜片复合制备了一种树枝状宽带超材料吸波体。结果表明：通过调节和优化吸波体的结构单元，在8~17GHz可以实现> 90%的吸收；当入射角<60°时，吸波体会展现出更好的吸收效果；且电介质（PMI)的加载量对吸波体的吸收效果也有较大影响，随着PMI的含量增加，吸波体吸收效果增强。当吸波体厚度为2.5mm时，反射率峰值为-16.8dB，有效频带在8.8~17GHz。此法工艺简单，吸收效果良好，具有一定的实践意义。Yang Shen等[35]设计了基于电阻阵列的3D超材料吸波体，该吸波体具有质轻、带宽、极化不敏感特性。在不考虑金属片质量的情况下，吸波体的面密度仅有0.062g/cm2。仿真和实验结果均表明所建模型的正确性，同时表明吸波体在3.9~26.2GHz可实现90%以上的衰减损耗，且出现两个吸收峰，吸收峰值为19.1 GHz的-14.9dB。Si-Jia Li[36]、O.Necibi等[37]设计的超材料吸波体在雷达微波范围内均显示出良好的吸波特性，在雷达隐身方面具有潜在的应用价值。
目前，国内外学者对基于不同吸波机理衰减吸收电磁波的超材料吸波体研究较多。但是，超材料的研究还处于理论验证和实验阶段，随着研究深入，超材料设计、表征等问题将逐一解决，最终会实现多频段内隐身或对特定对象的目标隐身。
2结束语
微波吸收材料在军用、民用等方面都有着重要用途，其应用研究在国内外已经取得了长足的进步，目前研究人员正力图将多种吸波材料进行复合开发新的吸波材料，来满足吸波介质的阻抗匹配以增强吸收效果和拓宽吸收频带。新型炭系材料、导电高聚物、手性材料及超材料等新型吸波材料及其多元复合吸波材料兼具厚度薄、吸收频带宽、质量轻、强吸收等优点，是未来吸波材料的重要发展方向。
参考文献：
Pallab Bhattacharya,Saptarshi Dhibar,Mrinal Kanti Kun-du.Graphene and MWCNT based bi-functional polymer nanocomposites with enhanced microwave absorption and supercapacitor property[J].Materials Research Bulletin, 2015,66:200-212.
Wei Wang,Jiaxiong Guo,Chang Long，et al.Flaky car-bonyl iron particles with both small grain size and low in-ternal strain for broadband microwave absorption[J].Jour-nal of Alloys and Compounds,2015,637:106-111.
M Jazirehpour,S A Seyyed Ebrahimi.Carbothermally syn-thesized coreshell carbonmagnetite porous nanorods for high-performance electromagnetic wave absorption and the effect of the heterointerface[J].Journal of Alloys and Compounds,2015,639:280-288.
Seongwoo Ryu,Chan Bin Mo,Haeshin Lee,et al.Fabri-cation process and electromagnetic wave absorption char-acterization of a CNT/Ni/Epoxy nanocomposite[J].Journal of Nanoscience and Nanotechnology,2013,13:7669-7674. Xiaowei Yin,Luo Kong,Litong Zhang,et al.Electromag-netic properties of Si-C-N based ceramics and composites [J].International Materials Reviews,2014,59(6):326-355. Bien Dong Che,Bao Quoc Nguyen,Le-Thu T Nguyen,et al. The impact of different multi-walled carbon nanotubes on the X-band microwave absorption of their epoxy nanocomposites[J].Chemistry Central Journal,2015,9(1): 10-22.
Fang Ren,Guangming Zhu,Jianqiang Xie,et al.Cyanate ester filled with graphene nanosheets and multi-walled carbon nanotubes as a microwave absorber[J].Journal of Polymer Research,2015,22(5):89-95.
Gan Jet Hong Melvin,Qing-Qing Ni,Yusuke Suzuki, Toshiaki Natsuki.Microwave-absorbing properties of silver nanoparticle/carbon nanotube hybrid nanocomposites[J]. Journal of Materials Science,2014,49(14):5199-5207. Xiaosi Qi,Jianle Xu,Q Hu et al.Preparation,electromag-netic and enhanced microwave absorption properties of Fe nanoparticles encapsulated in carbon nanotubes[J].Materi-als Science and Engineering B,2015,198:108-112.
Jun Qiu,Tingting Qiu.Fabrication and microwave absorp-tion properties of magnetite nanoparticle-carbon nan-otube-hollow carbon fiber composites[J].Carbon,2015,81: 20-28.
Junye Cheng,Bin Zhao,Shiyou Zheng，et al.Enhanced microwave absorption performance of polyaniline-coated CNT hybrids by plasma-induced graft polymerization[J]. Applied Physics A,2015，119：379-386.
Meng Zong,Ying Huang,Na Zhang.Reduced graphene oxide-CoFe2O4composite:Synthesis and electromagnetic absorption properties[J].Applied Surface Science, 2015,345:272-278.
Zetao Zhu,Xin Sun,Guoxian Li，et al.Microwave-assisted synthesis of graphene-Ni composites with enhanced mi-crowave absorption properties in Ku-band[J].Journal of
16··
第2期[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
Magnetism and Magnetic Materials,2015,377:95-103.
Lei Wang,Ying Huang,Chao Li，et al.Enhanced mi-
crowave absorption properties of N-doped graphene@PANI
nanorod arrays hierarchical structures modified by Fe3O4
nanoclusters[J].Synthetic Metals,2014,198:300-307.
Meng Zong,Ying Huang,Na Zhang.Reduced graphene
oxide-Ni0.5Zn0.5Fe2O4composite:Synthesis and electromag-
netic absorption properties[J].Materials Letters,2015,145:
115-119.
张娜，黄英，宗蒙，等.石墨烯基复合吸波材料的研
究进展[J].材料开发与应用，2014（5）：89-96.
徐分芳.基于樟脑磺酸诱导手性聚苯胺/铁氧体复合物的
制备、表征及吸波性能研究[D].重庆：重庆大学，2014.
张峰.基于樟脑磺酸诱导手性聚苯胺的合成及其性能研
究[D].重庆：重庆大学，2012.
Yanjun Li,Li Ma,Mengyu Gan，et al.Magnetic PANI con-
trolled by morphology with enhanced microwave absorbing
property[J].Materials Letters,2015,140:192-195.
Fenfang Xu,Li Ma,Mengyu Gan，et al.Preparation and
characterization of chiral polyaniline/barium hexaferrite
composite with enhanced microwave absorbing properties
[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,593:24-29.
Mei Fan,Zhifu He,Hua Pang.Microwave absorption en-
hancement of CIP/PANI Composites[J].Synthetic Metals,
2013,166:1-6.
Min Wang,Guangbin Ji,Baoshan Zhang，et al.Controlled
synthesis and microwave absorption properties of
Ni0.6Zn0.4Fe2O4/PANI composite via an in-situ polymeriza-
tion process[J].Journal of Magnetism and Magnetic Mate-
rials,2015,377:52-58.
Jihai Tang,Li Ma,Nan Tian，et al.Synthesis and electro-
magnetic properties of PANI/PVP/CIP core-shell compos-
ites[J].Materials Science and Engineering B,2014,186:
26-32.
刘丹莉,刘平安,杨青松，等.吸波材料的研究现状及其发
展趋势[J].材料导报A:综述篇,2013,27(9):74-78.
Zhang Feng,Ma Li,Yang Yan,et al.Novel electrochemical
method for the characterization of the degree of chirality in
chiral polyaniline[J].Chirality,2013,25(1):39-42.
Jihai Tang,Li Ma,Qisheng Huo,et al.Effect of a con-
stant magnetic field(0.4T)on electromagnetic properties
of chiral polyaniline[J].High Performance Polymers,2015,
27(3):312-317.
Young-Chul Jeon,Sung-Hoon Kim.Development of the
geometry of carbon microcoils from carbon nanofilaments
[J].Vacuum,2014,107:219-224.
Er-Xiong Ding,Hong-Zhang Geng,Wen-Yi Wang,et al.
Growth of morphology-controllable carbon nanocoils from
Ni nanoparticle prepared by spray-coating method[J].
Carbon,2015,82:604-607.
赵东林，高云雷，沈曾民.螺旋形碳纤维结构吸波材料的
制备及其吸波性能研究[J].功能材料信息，2011（4）:17-
21.
Xian Jian，Xiangnan Chen，Zuowan Zhou，et al.Remark-
able improvement in microwave absorption by cloaking a
micro-scaled tetrapod hollow with helical carbon
nanofibers[J].Physical Chemistry Chemical Physics,2015,
17(5):3024-3031.
Lei Liu,Kechao Zhou,Pingge He,et al.Synthesis and
microwave absorption properties of carbon coil–carbon
fiber hybrid materials[J].Materials Letters,2013,110:76-
79.
Lei Liu,Pingge He,Kechao Zhou,et al.Microwave ab-
sorption properties of carbon fibers with carbon coils of
different morphologies(double microcoils and single
nanocoils)grown on them[J].Journal of Materials Science,
2014,49:4379-4386.
Daqing Huang,Feiyu Kang,Zhuohui Zhou,et al.An
‘H’-shape three-dimensional meta-material used in
honeycomb structure absorbing material[J].Applied
Physics A,2015,118(3):1099-1106.
Bing Wang,Bo Yi Gong,Mei Wang,et al.Dendritic
wide band metamaterial absorber based on resistance film
[J].Applied Physics A,2015,118(4):1559-1563.
Yang Shen，Zhibin Pei，Yongqiang Pang,et al.An ex-
tremely wideband and lightweight metamaterial absorber
[J].Journal of Applied Physics,2015,117(22):224503-
224508.
Si-Jia Li,Jun Gao,Xiang-Yu Cao,et al.Hybrid meta-
material device with wideband absorption and multiband
transmission based on spoof surface plasmon polaritons
and perfect absorber[J].Applied Physics Letters,
2015,106(10)：181103-181109.
O Necibi,D Hamzaoui,T P Vuong,et al.A novel rfid-
his-prs reader antenna for the millimeter wave band30
GHz[J].Microwave and Optical Technology Letters,
2015,57(8):1835-1842.
胡小赛，等：吸波材料研究新进展17
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红外透波材料的研究发展
红外透波材料的研究发展 摘要：红外透波材料是指对红外线透过率高的材料，是红外技术的应用基础之一。本文介绍了几类常用红外透过材料的基本性质，简述了其制备技术及发展现状，并讨论了各自存在问题，并对红外透波材料未来发展进行了展望。 关键词：红外透波材料；玻璃；晶体；陶瓷；制备技术 1引言 目前，红外技术与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。在二十世纪70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。标志红外技术最新成就的红外热成像技术，与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。而红外透波材料是红外热成像系统的光学元件的重要材料。红外透波材料不但要求具有高性能、小体积，还要造价低。高性能主要包括：结构完整、组分均匀以免发生散射，在测量波段内具有高红外透射率；热稳定性好，透射比和折射率不应随温度变化而变化；载流子寿命长，不宜潮解，耐酸碱腐蚀性好；力学性能优良，可以承受高运动的速压载荷等。 2 红外透波材料的特征值 透过率 一般透过率要求在50%以上，同时要求透过率的频率范围要宽。红外透波材料的透射短波限，对于纯晶体，决定于其电子从价带跃迁到导带的吸收，即其禁带宽度。透射长波限决定于声子吸收，和晶格结构及平均原子量有关。 折射率和色散 不同材料用途不同，对折射率的要求也不相同。对于窗口和整流罩的材料要求折射率低，以减少反射损失。对于透镜、棱镜、红外光学系统要求尽量高的折射率。 发射率 对红外透波材料的发射率要求尽量低，以免增加红外系统的目标特征，特别是军用系统易暴露。 其他 和选择其他光学材料一样，都要注意其力学、化学、物理性质，要求温度稳定性好，对水、气稳定，力学性质主要有弹性模量、扭转刚度、泊松比、拉伸强度和硬度。物理性质包括熔点、热导率、膨胀系数及可成型性。此外要强调的物性是材料的热导率要高，特别是用于高速飞行器的时候。 3 红外透波材料的种类 玻璃 玻璃的光学均匀性好，易于加工成型，价格便宜。缺点是透过波长较短，使用温度低于500℃。目前研究的红外透波玻璃材料主要有：氧化物红外玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃。
碳纤维吸波材料的研究进展_吴红焕
碳纤维吸波材料的研究进展 吴红焕,王晓艳,张 玲,朱冬梅,周万城 (西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072) 摘要 通过对碳纤维在复合材料中吸波性能的研究,得出通过控制碳纤维的长度和含量,以及采用化学掺杂或异型截面是得到频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强结构吸波材料的有效方法,同时大力开展螺旋碳纤维和碳纳米管的研究是加快进展的新方向。 关键词 碳纤维 吸波材料 碳纳米管 化学掺杂 中图分类号:TQ342+.742 文献标识码:A Present Development of Absorbing Composites Containing C arbon Fibers WU Honghuan,WAN G Xiaoyan,ZHAN G Ling,ZHU Dongmei,ZHOU Wancheng (State Key Laboratory of Solidification Processing,Northwestern Polytechnical University,Xi’an710072) Abstract The characteristic and transforming methods of short carbon fibers are discussed in this paper,in2 cluding additive lengths,contents,adulteration and non2circular section.Controlling the length and content of carbon fibers and exploiting adulteration and non2circular section are effective methods to get“wide,thin,light,strong”structure absorbing materials.At the same time,coiled carbon fibers and carbon nano2pipes are the new direction to ac2 celerate development. K ey w ords carbon fiber,absorbing material,CN Ts,chemical adulteration 0 前言 雷达吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波,并将电磁能转换成热能而耗散掉,或使电磁波因干涉相消的一类材料。它由吸收剂与能透过雷达波的基体材料复合而成,经历了由单一纤维到混杂纤维、由次承力件到主承力件、由热固性树脂到热塑性树脂的发展过程[1～3]。除一般的吸波材料外,隐身用的特种碳纤维是制造吸波材料的关键。碳纤维结构吸波材料具有承载和减少雷达比反射面的双重功能,是功能与结构一体化的优良微波吸收材料。与其它吸波材料相比,它不仅具有硬度高、高温强度大、热膨胀系数小、热传导率高、耐蚀、抗氧化等特点,还具有质轻、吸收频带宽的优点。通过研究碳纤维的吸波性能和吸波机理,并对纤维吸收剂进行改性和结构设计,研制出高性能的碳纤维复合材料是现在研究的热点课题[4,5]。但目前国内对碳纤维吸波材料的理论研究与实际应用之间仍存在一定差距,亟需进一步突破。由于连续碳纤维对雷达波易产生强反射作用,而短切碳纤维在材料中随机分布,改善了这方面的性能,对雷达波有较好的吸收性能。本文从短切碳纤维的吸波性能出发,总结了碳纤维的吸波特性及改性措施。 1 短切碳纤维的吸波机理及影响因素 1.1 短切碳纤维的吸波性能及频响机理 连续碳纤维对雷达波产生强反射作用,主要是因为电磁场在碳纤维中形成了较大的连续传导电流。而短碳纤维在基体当中的吸波机理目前基本存在两种解释[6],一是认为短切碳纤维在吸波材料中起半波谐振子的作用。在短切碳纤维的近区存在似稳感应场,此感应场激起耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其他形式的能量,主要为热能。另一说法认为在含短切碳纤维的吸波材料中,可以把短切碳纤维作为偶极子。短切碳纤维偶极子在电磁场的作用下会产生极化耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其它形式的能量。 碳纤维吸波材料是一种介电型吸波材料,与磁性吸收剂相比,介电常数控制是吸收剂研究的重点和难点,而介电常数频散效应的控制则是宽频带吸收所必须追求的目标。因此,研究碳纤维吸波材料频响效应的机理至关重要。频响效应就是随着频率的增加,介电参数的实部、虚部下降,损耗增加的现象。其本质是在频率变化的过程中,电极化出现了极化的惯性或滞后性,以至于在不同频率电场中极化来不及响应电场的变化而出现的现象。根据电磁波理论,随着频率的增加,当电磁波在碳纤维导体表面产生涡流时,在导线截面上的电流分布将越来越向导线表面集中,即产生趋肤效应现象。趋肤效应越明显,产生的涡流损耗越相应地增加,从而导致电磁波的消耗。电磁波在碳纤维之间传播时,除了涡流损耗外,在每束碳纤维之间的部分电磁波还会经散射发生类似相位对消现象引起损耗增加[7]。 1.2 添加最佳长度和含量的探索 邢丽英等[8]研究了掺混短碳纤维的复合材料在电磁波作用下某些宏观物理量的响应特性。结果表明,调整纤维长度及含量可在很宽范围内改变材料的电磁参数与衰减量;不同长度的短碳纤维在介质中的最佳填充量不同,当纤维的长度接近传输 吴红焕:女,1982年生,硕士,主要从事碳纤维结构吸波材料研究 Tel:029********* E2mail:whh—8278@https://www.sodocs.net/doc/5a8773851.html,
用于EMIRF吸波材料性能比较
用于EMI-RF吸波材料性能比较 用于EMI/RF吸波材料性能比较 中心议题：吸波材料测试装置的构造吸波材料测试方法 解决方案：环天线放置在相互垂直的位置相隔距离为环天线直径的二分之一利用表面电流减少装置测试 随着工程师们需要遵循的辐射电磁干扰（EMI）规范的不断增多，市场上开始出现各种类型的EMI吸波材料。一般而言，市场上所提供的这些吸波材料的厚度很薄并具有很好的外形柔韧性，再加上其背面带有粘合剂的设计使得我们能够很容易地将这些吸波材料应用到一些不符合电磁干扰和射频干扰（EMI/RFI）相关规范的产品表面。因此，选择合适的吸波材料就成为符合EMI/RFI相关规范、维护系统性能完好的一个关键因素。在10MHz到3000MHz的频率范围内，大部分吸波材料都会采用加入有损耗的磁性材料（例如，羰基铁或者铁氧体粉末等）的方式来削弱其表面电流。这些表面电流源于有害EMI和导体的相互作用， 而且它们的出现还会导致电磁场的二次辐射，因此为了保证产品符合相关规范，通常都会设法降低该表面电流。除此之外，这些表面电流还可能会对其它电路造成干扰，妨碍系统的正常运行。比较不同生产厂家提供的吸波材料的性能需要花 费大量的金钱和时间。考虑到EMI测试试验室每天几千美元的费用，试错试验（trialanderrortesting）的次数必须被限制到最少。因此，通过携带若干种可能会使用到的吸波材料到EMI试验室进行测试以确定效果最好的一种材料的方法已经被证明是一种非常昂贵的解决方法。而本文所介绍的这种简单的表面电流减小测试装置（SCRF）则允许我们对各种吸波材料样品的性能进行快速、简单的比较，从而缩小吸波材料的选择范围，确定某频率范围内具体EMI问题所需的性能最好的一种或两种吸波材料。SCRF装置主要由两个经过静电屏蔽的磁场环形天线构成，而且通过将它们小心地放置在相互垂直的位置上可以在相关频率范围内获得70dB甚至更高的隔离度。SCRF中的一个环形天线被连接到射频（RF）扫频源，而另一个环形天线则被连接到RF扫频接收机。如果将一块与产品壳体
透波材料介绍
透波材料介绍 一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料 我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。 在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。 二、应用： 隐身技术：避免入射电磁波大量反射，从而避开敌方雷达的探测； 无线电领域：利于微波-毫米波信号的接收、传输、放大、混频、发射等许多环节； 1、雷达罩和天线罩应用： 为保证雷达或天线在各种复杂环境中的正常使用, 雷达罩或天线罩用复合材料必须具备比强度高、透波率高等性能，同时在设计上也需要考虑良好的防振动和抗老化能力。 A、我们具有国内先进的透波率（90%-99%）改性复合材料的电性能设计能力和经验； B、透波材料的低介电常数和低介质损耗是满足其使用要求的必要条件； C、拥有高耗散因数的材料不仅对无线电传输不利，同时会将电磁能转换为不利的热能。其技术难点主要是材料的透波率，长时间的交替耐高、低温性能，户外老化等。 1）气象雷达罩 2）薄壁结构地面天线罩 3）移动通讯基站天线罩 4）车载天线罩 5）各种天线包封 树脂基体的主要性能（介电常数） 树脂品种密度（g/cm3）弯曲强度 (Mpa) 弯曲模量 (Gpa) 介电常数 (106HZ) 正切损耗 (10GHz) PPS 1.36-1.4352-145 3.7-4.0 3.00.0006 PEEK 1.32110-210 3.8-9.1 3.2-3.30.0033 LCP 1.38-1.40 3.0-3.2 ASA 1.06-1.148-155 1.7-3.0 3.2-3.50.028环氧树脂 1.3097 3.8 3.00.020酚醛树脂 1.3092 3.5 3.20.020不饱和聚脂 树脂 1.2985 3.2 3.00.018乙烯基树脂 1.3090 3.5 2.90.018双马来酰亚 1.30150 3.7 3.00.014
各种吸波材料的比较
Christopher L Holloway 沙斐翻译 一前言 最早暗室（全电波）建于50年代，用于天线测量。吸波材料由动物毛发编制而成，外涂一层碳，厚2英寸（）。在~10GHz正入射时，反射系数为-20dB。60年代，以上的吸波材料被新一代、由一定形状的吸波材料所取代，正入射时反射系数为 -40dB。 目前普遍使用的聚氨酯锥体40年代就开始研究，60年代才有产品。正入射时的反射系数为 -60dB。然而可使用的频率范围较高，要求锥体的厚度（尖顶到基座）至少是几个波长。 电-厚锥体的良好性能主要来源于锥体直接的良好多重反射。由于锥体的厚度大于波长，锥体的周边反射入射波。波在相邻的锥体间不断的反射，再反射很多次。每次反射时总有一部分波被锥体吸收。因此，仅有小部分抵达锥体基座。基座吸收后到达金属板，金属板反射后又进入锥体，再通过多重反射和吸收。最后从锥体的尖返回的波已是非常小了。 电-厚锥体的最佳性能的获得，依靠锥体内渗碳加载的调节，要求碳负载足够小，以便每次波反射时进入锥体的波尽可能多，但渗碳加载又要足够大，以便充分吸收进入锥体的波的能量。 半电波暗室最早用于70年代，作为开阔场地的替代场地，测量辐射发射。频率范围为30－1000MHz。但最早暗室中粘贴的典型的吸波材料厚度为3－6英尺（－）。显然在30MHz 的频率上，厚度不可能是几个波长。因此暗室的频率范围被限制在90－1000MHz。 30－90MHz频段的吸波材料开发缓慢，因为无法预测和测量电-薄吸波材料（即厚度 <1 4 λ）的性能，只能安装上以后，测量暗室特性来判定。直到80年代中期，计算和测量技 术发展以后，对小型宽带吸波材料的评估才成为可能。【4】－【6】中叙述了在理论模型中使用“均质化方法”可以精确地计算吸波材料的反射特性。【7】－【10】中叙述了使用大测试装置直接测小型宽带吸波材料的反射特性。 在整个30－1000MHz的频段都要获得小的反射率，则小型宽带吸波材料必须使用锥形模型，它们在高频段是电-厚模型，但在低频段则是电-薄形材料。电波入射到电-薄型吸波材料上时，它们并不在乎吸波材料的实际几何形状是锥型还是楔型。相反，它们的行为就象照射到一固体媒质上，该媒质的有效ε和μ随进入媒质的距离而变化。注意这是有效ε和有效μ和构成吸波材料的实际ε和μ是不同的。 最佳的吸波材料提供了从空气阻抗到吸波材料基座的波阻抗的逐渐过渡。正确的渗碳加载可使大部分入射波穿透锥或楔，并在通过基座时被吸收。更进一步调节渗碳可以使入射波被锥或楔反射的那一部分和从金属板反射后从吸波材料中透出来的那一部分那互相抵消，这种抵消可以获得非常小的反射率。显然只能发生在较窄的频率范围。一般说来渗碳加载对电-厚和电-薄材料的要求是不同的，【6】因此对于工作频率在30－1000MHz的小型宽带吸波材料（锥或楔型），渗碳加载既要考虑高频时的电-厚，又要考虑低频时的电-薄情况。这是极富于挑战性的。 60年代初期日本开发了电-薄型铁氧体瓦作为聚氨酯锥型和楔型的替代物。由于瓦的吸波性能和空气比较接近，在空气－瓦片界面反射很小，入射波直接渗入瓦片。又因为瓦片对磁场损耗大，所以渗入波被吸收。如有穿过瓦片的，则被金属板反射，重又回到瓦片，被再次吸收。如还有穿出瓦片回到空气中的，则可以象锥型和楔型吸波材料那样，调节瓦片厚度，在一定的较窄的频率范围内使其与瓦片直接反射到空气中的那一部分相抵消。 近年来，薄锥和楔（200－1000MHz）＋铁氧体瓦＋介质层（30－600MHz）构成了超小型
吸波材料现状和应用——整理超经典
吸波材料的发展现状 一. 1.目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： 1．1按材料成型工艺和承载能力可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。1.2 按吸波原理 吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。 1.3 按材料的损耗机理 吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 1.4 按研究时期 可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等属于传统吸波材料，它们通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。其中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料研究较多，性能也较好。新型吸波材料包括纳米材料、手性材料、导电高聚物、多晶铁纤维及电路模拟吸波材料等，它们具有不同于传统吸波材料的吸波机理。其中纳米材料和多晶铁纤维是众多新型吸波材料中性能最好的2种。 2.无机吸波剂 2.1 铁系吸波剂 2.1.1 金属铁微粉 金属铁微粉吸波剂主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波，主要包括金属铁粉、铁合金粉、羰基铁粉等。金属铁微粉吸收剂具有较高的微波磁导率，温度稳定性好等优点，但是其抗氧化、抗酸碱能力差，介电常数大，频谱特性差，低频吸收性能较差，而且密度大。 2.1.2 多晶铁纤维 多晶铁纤维具有很好的磁滞损耗、涡流损耗及较强的介电损耗，并且是良好的导体，在外界电场作用下，其内部自由电子发生振荡运动，产生振荡电流，将电磁波的能量转化成热能，从而削弱电磁波。 2.1.3 铁氧体 铁氧体吸波材料是研究较多也较成熟的吸波材料。它的优点是吸收效率高、涂层薄、频带宽；不足之处是相对密度大，使部件增重，以至影响部件的整体性能，高频效应也不太理想。 2.2碳系吸波剂 2.2.1石墨、乙炔炭黑
军用电磁透波塑料的优点和用途
军用电磁透波塑料的优点和用途 电磁透波塑料是指能够透过一定频率电磁波的一类功能性复合材料。此类材料主要用于航空、航天及军事装备等领域，具体功能为保护飞行器的通信、遥测、制导和引爆等系统在恶劣的环境条下也能正常工作，满足运载火箭、飞船、导弹及卫星等无线控制系统的性能要求。在航天领域内应用电磁透波复合材料的有天线窗和天线罩两大类。 随着科学的不断进步，对材料的性能要求也越来越高，除对电磁透波性要求外，还要求耐热、隔热、承载、抗冲击等附加功能，并正在向宽频、多通信与制导方向发展。 1．电磁透波塑料的性能要求 透波塑料复合材料所用增强材料的力学性能和介电性能均优于树脂基体，所以复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。 在各种雷达天线中，导弹的雷达天线罩对性能的要求最高，它除应具备与飞行器雷达天线使用频率耦合的透波性能、最小的插入损失外，还要具备能承受飞行器空气动力载荷和环境热气流、雨流的冲刷及其载荷的振动冲击能，其电学和力学性能受环境的影晌小。 透波材料对塑料的介电性能和力学性能要求较高，具体如下。 ①稳定的高频介电性能介电常数和介电损耗角正切值要小，一般情况下，在0.3～300GHz范围内适宜介电常数要在1-4，介电损耗角正切值在0.1～0.001，并且不随温度和频率的变化而明显变化；例如升温100℃，介电常数的变化率应低于1%，以保证在气动
加热条件下，尽可能不失真地透过电磁波。 ②良好的热性能包括良好的耐热冲击、耐热性和线膨胀系数、大的工作温度范围及良好的耐烧蚀性等。 ③良好的耐环境性经得起雨蚀、粒子侵蚀、抗紫外线辐射等。 2．电磁透波塑料的选材 目前选用最多的电磁透波塑料为纤维增强树脂基复合材料，磁透波塑料的透波性能好坏，与复合材料的树脂和增强纤维的关系都很大。 (1)树脂的选用树脂可用传统的不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等，也有近年来开发的聚酰亚胺、氰酸酯树脂、有机硅树脂、聚四氟乙烯、双马来酰亚胺和聚苯硫醚等，其中最引人注意的为美国研制的非碳化烧蚀材料聚四氟乙烯。 ①不饱和聚酯(UP) UP的介电性能优良，价格低廉，是最早用于天线罩的聚合物之一。目前的改性方法很多，如美国Nan-gatuck 化学公司用三聚氰酸三烯丙酯对UP进行改性，使复合材料的温度由120℃提頁到150℃，美国波音公司选用此材料为Bomarc导弹天线罩的树脂基材；我国一般用纳米材料进行填充以改进性能。 ②环氧树脂(EP) EP是导弹天线罩最常用的基材之一，它粘接性优良、耐化学腐蚀性好、电性能好、固化收缩低。目前的改性方向为增韧，如与热塑性塑料共混、加入氰酸酯等。例女EP/PU以70/30的比例共混，冲击强度可提高6倍之多；再例如，EP/TLCP共混，加入少量TLCP冲击强度就会大幅度提高，并保原有的刚性和耐热
吸波材料
吸波材料 姓名：王丽君 学院：纺织与材料工程学院 专业：材料工程 科目：材料表面与界面工程技术学号：13208520403408
吸波材料 摘要：介绍了吸波材料的吸波原理和吸波材料的分类，以及几种新型吸波材料，如铁氧体吸波材料，纳米吸波材料、手性材料、导电高分子吸波材料，耐高温陶瓷材料，并简单介绍了纳米复合材料的制备方法。 关键词：吸波材料；吸波原理；新型吸波材料；纳米复合材料的制备 信息化战争中，武器平台的高度信息化和电子化，使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。它们除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外，其一举一动还处于红外、雷达、激光等探测器的严密监视之下，使其生存能力和战斗能力面临极大挑战，这样其隐身性能就显得尤为重要。 隐身技术主要涉及材料隐身和结构隐身两大方面。前者是使用吸波材料或涂料；后者是合理地设计武器外形，以提高隐蔽性。再此，不得不提及吸波材料。 1、吸波材料的吸波原理 吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。由于各类材料的化学成分和微观结构不同,吸波机理也不尽相同。材料吸收电磁波的基本条件是：①电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；②进入材料内的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配。 2、吸波材料的分类 目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： (1) 按材料成型工艺和承载能力，可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。前者是将吸收剂(金属或合金粉末、铁氧体、导电纤维等)与粘合剂混合后，涂覆于目标表面形成吸波涂层；后者是具有承载和吸波的双重功能,通常是将吸收剂分散在层状结构材料中，或是采用强度高、透波性能好的高聚物复合材料(如玻璃钢、芳纶纤维复合材料等)为面板，蜂窝状、波纹体或角锥体为夹芯的复合结构。 (2) 按吸波原理，吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。 (3) 按材料的损耗机理，吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 (4) 按研究时期，可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石
陶瓷吸波材料的研究进展_范跃农
《陶瓷学报》 JOURNAL OF CERAMICS 第31卷第1期2010年3月 Vol.31,No.1Mar.2010 文章编号：1000-2278（2010）01-0538-04 陶瓷吸波材料的研究进展 范跃农1， 2 龚荣洲2 （１．景德镇陶瓷学院，景德镇：３３３４０３，２．华中科技大学，武汉：４３００７４） 摘要 简述了在当今世界能提高各类武器在战争中的生存能力、防卫能力和攻击能力的隐身技术，对其在现代高技术武器装备中的重要作用进行了肯定。对隐身技术中占重要地位的电磁波吸收材料的种类、吸波原理及吸波方式做了进一步阐述。重点讨论了陶瓷吸波材料的吸波原理、组成结构和方式，并着重介绍了几种最近几年陶瓷吸波材料的最新研究成果，列举了它们的吸波性能参数。最后，对陶瓷吸波材料发展方向进行了展望。关键词隐身技术，陶瓷，吸波材料，研究进展中图分类号：ＴＱ１７４文献标识码：Ａ １引言 随着电子技术的发展,新型雷达、探测器及精密制导武器相继问世，军事空中防御能力和反导弹能力日益增强，使得武器系统，特别是大型作战武器，如飞机、导弹、舰艇、坦克等所面临的威胁越来越大，作为提高战争中的生存能力、 防卫能力和攻击能力的隐身技术，普遍受到世界各国的高度重视。 隐身技术是指降低目标的雷达、红外、激光、磁信号等特征，使其在一定范围内难以被探测，从而提高其生存能力的技术。 已经成为现代电子战争的重要组成部分，它伴随着武器攻击、防卫技术的发展而产生，其最终目的是使武器系统能在多个的频率范围，进行多方位的隐身。隐身技术发展的关键在于材料技术的发展，要求材料具有质量轻、适应性强的特点。为了适应未来战争的需要，世界各发达国家都在积极致力于开发新型高效的吸波材料，并对其吸波机理进行更进一步的研究[1]。 吸波材料是隐身技术中不可缺少的组成部分，隐身兵器主要依靠吸波材料来吸收和衰减雷达波以达到隐身的目的。 ２吸波材料的分类 按照吸波材料的结构，可将其分为涂料型吸波材 料、贴片型吸波材料、吸波腻子、吸波复合材料等[2]。 按照吸波机理可以将吸波材料分为磁损耗型吸波材料、介电损耗型吸波材料和“双复”型吸波材料三类。 陶瓷吸波材料属于介电损耗型吸波材料，主要包括碳化硅、Si 3N 4、莫来石、钛酸钡、Al 2O 3、AlN 、堇青石、硼硅酸铝、粘土和炭黑等一类陶瓷材料，同铁氧体、复合金属粉末等比较，这一类材料的吸波性能好，而且还可以有效地减弱红外辐射信号，能有效损耗雷达波的能量。由于它们比重小、耐高温、介电常数随烧结温度有较大的变化范围，是制作多波段吸波材料的主要成分，有可能通过对显微结构和电磁参数的控制，来获得所希望的吸波效果。此外，由金属微粉和陶瓷微粉共烧而成的以金属为分散相，陶瓷为连续相的金属陶瓷也属于这一类。这一类材料对雷达波能量的吸收、转移主要以热能形式散发[3]。 要达到良好的吸波效果，必须具备以下两个条件：(l)入射来的电磁波要尽可能多地进入吸波材料而不被反射；(2)材料要能将电磁波损耗吸收掉[4]。因此， 收稿日期：2009-10-11通讯联系人：范跃农 DOI:10.13957/https://www.sodocs.net/doc/5a8773851.html,ki.tcxb.2009.04.022
透波材料介绍
透波材料介绍 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
透波材料介绍 一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料 我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。 在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。 二、应用： 隐身技术：避免入射电磁波大量反射，从而避开敌方雷达的探测； 无线电领域：利于微波-毫米波信号的接收、传输、放大、混频、发射等许多环节； 1、雷达罩和天线罩应用： 为保证雷达或天线在各种复杂环境中的正常使用, 雷达罩或天线罩用复合材料必须具备比强度高、透波率高等性能，同时在设计上也需要考虑良好的防振动和抗老化能力。 A、我们具有国内先进的透波率（90%-99%）改性复合材料的电性能设计能力和经验； B、透波材料的低介电常数和低介质损耗是满足其使用要求的必要条件； C、拥有高耗散因数的材料不仅对无线电传输不利，同时会将电磁能转换为不利的热能。其技术难点主要是材料的透波率，长时间的交替耐高、低温性能，户外老化等。 1）气象雷达罩 2）薄壁结构地面天线罩 3）移动通讯基站天线罩 4）车载天线罩 5）各种天线包封
吸波材料是一种能将电磁能转化为其它形式的能量或使电磁波因干涉而消失，从而达到吸波的目的。 1、目前各国军事上的隐身技术，主要就是使用各种吸波、透波材料，实现对雷达的隐形；采用红外遮挡与衰减装置、涂敷红外掩饰涂料等，以降低红外辐射强度，实现对红外探测器的隐身。 2、在可见光隐形上，目前的办法只是在兵器的表面涂抹迷彩，降低兵器与背景之间的反差，或歪曲兵器的外形等初级的方法。另外由于碳纳米管的微波吸收性能，碳纳米管也可以作为吸收剂，制成隐形材料。 3、在现代军事领域，需要先发制人和远发制人，导弹自然就发挥了越来越重要的作用，如何确保导弹能够精确打击目标和长距离隐蔽飞行，天线罩技术就成了主要的“瓶颈”之一。其技术难点主要是天线罩材料的透波率和长时间的耐高温性能。 4、芳纶纤维纸具有突出的强度重量比和刚性重量比，阻燃，质量轻，耐冲击，还可进一步加工成蜂窝结构板材，主要用于生产飞机、导弹、卫星宽频透波材料、刚性受力结构部件等，是目前国内外飞机及雷达罩夹层结构使用最多的夹芯材料，也适合于制作游艇、赛艇、高速列车及其他高性能要求的夹层结构。 5、车载天线罩的透波性能可满足移动车辆的使用要求。特点：增益高，图象，语音清晰，数据传输可靠，整体性能优良力、驱波性能好,能设计出外形美观小巧,安装方便,性能稳定,具有良好的防振动和抗老化能力的产品。 6、天线种类：各频点基站（高、中、底增益）全向、定向天线、军用天线、无线modem橡皮天线及弹簧螺旋天线、车载吸盘天线、室内分布天线（吸顶及壁挂天线）、机车列尾天线、230MHZ数传天线及环阵天线、2.4-5.8G抛物面扩频天线、单边带天线、短波、超短波天线、四环阵天线、MMDS微波天线。 7、天线设计的灵敏度要高：几乎能收到没有被遮挡的所有卫星信号、可靠性高。设计时也要考虑到电磁兼容性（EMC）等问题。中心频率为 1570MHZ,1575MHZ,1580MHZ,2450MHZ的、主要应用于全球定位系统(GPS) 8、透波材料的技术要求是要有很高的透波率，以保证敌雷达波能尽可能多地穿过并进入夹层中的等离子体被吸收掉。这种透波材料可以使用与雷达整流罩相同的玻璃钢材料制作，现有技术下这类玻璃钢可以达到95%-99%的透波率；对于军舰和战车而言，还可以用透波材料制成夹层吸波瓦并在内部罐充等离子体达到良好的隐形目的。 9、雷达天线罩材料是天线罩研制的重要基础，没有好的天线罩材料，再好的电性能设计也不会实现。天线罩是功能性复合材料结构件，天线罩材料要满足介电性能、力学性能、三防寿命、工艺性能、重量等要求。材料 。该指标直接影响天的介电性能指标主要有介电常数ε和损耗角正切tg δ 线罩的电性能，是选择材料的主要依据。损耗角正切tg 越大，电磁波能 δ 量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多。介电常数ε越大，则电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，这将增加镜象波
吸波材料吸波原理及其研究进展
吸波材料的吸波原理及其研究进展 张开庆 （山东科技大学应用物理学2010-01 201001090134） 摘要：介绍了吸波材料的重要性，阐述了吸波材料的吸波原理，综述了铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料、纳米吸波材料及光学透明吸波材料近几年来的国内外研究进展及应用，最后指出，多频谱隐身材料和智能隐身材料是吸波材料中两个最主要的发展方向。 关键词：吸波材料；吸波原理；进展 Absorbing Mechanism and Progress of Wave-absorbing Materials Zhang Kai-qing (Shandong university of science and technology college of science, Applied physics class level 2010-01) Abstract:The sign if icance of wave-absorbing materials was explained. The absorbing mechanism indifferent conditions, the species and the characteristics of general wave-absorbing materials were introduced. The recent progress and application of ferrite material, surperfine metal powders, nanam eter absorbing material and optics transparent absorbing materials were reviewed. Finally points out that the multiple spectra and intelligent stealth materials are tow most essential developing trends for radar wave absorbing materials. Key words: wave-absorbing materials; wave-absorbing mechanism; progress 随着现代科技技术尤其是电子工业技术的高速发展，不同频率的电磁辐射充斥着人们的生活空间，破坏了人类良好的生态环境，造成了严重的电磁污染。不少科学家预言，在二十一世纪，电磁污染将成为生态环境首屈一指的物理污染[1]。电磁场以电磁波的形式传递能量，只有使用电磁波吸波材料。使电磁波能转化为热能或其他形式的能，才能有效清除电磁污染。因此解决电磁污染的吸波材料的研究和应用成为人们研究. 隐身技术也称为目标特征信号控制技术，是一种通过控制和降低武器系统的特征信号，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。由于隐身技术能极大地提高武器的生存能力和作战效果，受到许多国家的高度重视，成为集陆、海、空、天四位一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术手段，成为现代军事研究的关键技术[2]。在现代战争中，雷达是探测目标的最可靠手段，因此雷达隐身技术是隐身技术的重点。 雷达隐身技术的核心是降低目标的雷达散射截面（RCS）。其技术主要途径有两条：一是通过目标的外形设计降低RCS，简称为外形技术。二是目标应用能吸收雷达波的材料，即利用雷达吸波材料（RAM）降低目标的RCS，简称为雷达吸波材料技术[3]。 雷达吸波材料简称吸波材料。吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而消散掉的一类材料。它的工作原理与材料的电磁特性有关。良好的吸波材料具备两个条件，一是雷达波射入的吸波材料内，其能量损耗尽可能大；二是吸波材料的阻抗与雷达波的阻抗相匹配，此时满足无反射。实际上常要求吸波材料在一定频宽范围内对电磁波强烈的吸收，理想的情况是全吸收，即反射系数为零[2]。 由于各类材料的化学成分和微观结构不同，吸波机理也不尽相同。尽管如此，吸波材料的吸波性能还是可以用宏观的电磁理论进行分析，工程上也常常使用材料宏观的介电常数和磁导率来评价吸波材料的反射和传输特性材料吸收电磁波的基本条件是：一是电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；二
新型纳米吸波涂层材料的研究进展
新型纳米吸波涂层材料的研究进展 ： 1引言 随着现代军事技术的迅猛发展，世界各国的防御体系被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大，军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重威胁。隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电、磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视。现代化战争对吸波材料的吸波性能要求越来越高，一般传统的吸波材料很难满足需要。由于结构和组成的特殊性，使得纳米吸波涂料成为隐身技术的新亮点。纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，一
般是由尺寸在1～100nm的物质组成的微粉体系。 2纳米吸波涂层的吸波原理和结构特性 吸波材料的吸波实质是吸收或衰减入射的电磁 波，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转变成热能或其它形式的能量而耗散掉。吸波材料一般由基体材料与吸收介质复合而成。吸波材料可以分为电损耗型和磁损耗型2类。电损耗型材料主要靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波。磁损耗型材料主要是靠磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来引起电磁波的吸收和衰减。由于纳米晶粒细小，使其晶界上的原子数多于晶粒内部的，即产生高浓度晶界，使纳米材料有许多不同
于一般粗晶材料的性能。纳米微粒具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、介电效应和宏观量子隧道效应等。纳米材料之所以具有非常优良的吸波性能，主要是以下原因：首先，纳米材料具有高浓度晶界，晶界面原子的比表面积大、悬空键多、界面极化强，容易产生多重散射，在电磁场辐射作用下，由于纳米粒子的表面效应造成原子、电子运动的加剧而磁化，使电磁能更加有效地转化为热能，产生了强烈的吸波效应;其次，量子尺寸效应的存在使纳米粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正处于微波的能级范围，从而成为纳米材料新的吸波通道;此外纳米离子具有较大的饱和磁感、高的磁滞损耗和矫顽力，使得纳米材料具有涡流损耗高、居里点及使用温度高、吸波频率宽等性能。纳米材料的这种结构特征使得纳米吸波材料具有吸收频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点，易满足雷达吸波材料薄、轻、宽、强的要求，是一种非常有发展前景的高性能、多功能吸收剂。
透波复合材料
透波复合材料
1. 引言 利比亚战争中以美国为首的多国部队动用了大量先进的隐形战机和精确制导武器，如F16/F18、幻影2000、战斧式巡航导弹等，在短短几个小时内，就使得利比亚政府的通讯、交通、指挥等系统全部瘫痪。可见各类导弹在战场上发挥着重要的作用。 作为重要的透波部件，天线罩位于导弹头部，多为锥形或半球形，它既是弹体的结构件，又是无线电寻的制导系统的重要组成部分[1]。在导弹飞行过程中，它既要承受气动载荷、气动热等恶劣环境，又要作为发射和接收电磁波的通道，保证信号的正常传输，从而使导弹顺利完成制导和引爆等任务[1]。此外，为了减少导弹头部气动阻力，天线罩还必须具有合适的气动外形[1,2]。因此，天线罩能够保护导弹的制导、通讯、遥测、引爆等系统在恶劣环境条件下正常工作，是一种集承载、导流、透波、防热、耐蚀等多功能为一体的结构/功能部件[3,4]。 随着导弹飞行马赫数的不断提高，处于导弹气动力和气动热最大最高位置的天线罩需承受的温度和热冲击越来越高。新一代战术导弹的再入速度可高达几十个马赫，这使得导弹天线罩的工作环境日趋恶劣[5]。高温透波材料研究的滞后是制约导弹技术发展的瓶颈之一。因此，高马赫数导弹天线罩热透波材料必须具备良好的综合性能，归纳起来，主要有以下几点[6]： （1）力学性能优良。断裂强度和韧性高，可承受高马赫数导弹高速飞行时纵向过载和横向过载产生的剪力、弯矩和轴向力，且要具有一定的刚性，使其在受力时不易变形。 （2）介电性能优异。介电常数ε低，损耗角正切值tgδ小。通常情况下，在0.3～300GHz频率范围内，天线罩材料的适宜介电常数ε应小于4，损耗角正切tgδ在10-3数量级以下，这样才能获得较理想的透波性能和瞄准误差特性。 （3）抗热震性和耐热性好。天线罩必须承受由于气动加热引起的剧烈热冲击和高温环境，高马赫数导弹天线罩更要能承受2000oC以上的高温。 （4）经得起雨蚀、粒子蚀、辐射等恶劣环境条件。 （5）原料易得，易于加工，成本低廉等。 2. 热透波复合材料的分类 相比于纯陶瓷材料，陶瓷基复合材料的最大优势在于很高的抗热冲击性能和结构可靠性，特别适用于高超声速再入的热力载荷环境。主要有两类：二氧化硅复合材料为了大幅度提高热透波材料的抗热冲击性能，满足高速再入环境条件需求，20 世纪70 年代末至80 年代初，美国菲格福特公司 ( Philco-Ford) 和通用电器公司( General Electric) 首先开展了石英纤维增强二氧化硅热透波复合材料研究工作[7-8]，发展了材料制备工艺，比较全面地评价了材
各种吸波材料的比较
各种吸波材料的比较 Christopher L Holloway 沙斐翻译 一前言 最早暗室（全电波）建于50年代，用于天线测量。吸波材料由动物毛发编制而成，外涂一层碳，厚2英寸（5.08cm）。在2.4~10GHz正入射时，反射系数为-20dB。60年代，以上的吸波材料被新一代、由一定形状的吸波材料所取代，正入射时反射系数为-40dB。 目前普遍使用的聚氨酯锥体40年代就开始研究，60年代才有产品。正入射时的反射系数为-60dB。然而可使用的频率围较高，要求锥体的厚度（尖顶到基座）至少是几个波长。 电-厚锥体的良好性能主要来源于锥体直接的良好多重反射。由于锥体的厚度大于波长，锥体的周边反射入射波。波在相邻的锥体间不断的反射，再反射很多次。每次反射时总有一部分波被锥体吸收。因此，仅有小部分抵达锥体基座。基座吸收后到达金属板，金属板反射后又进入锥体，再通过多重反射和吸收。最后从锥体的尖返回的波已是非常小了。 电-厚锥体的最佳性能的获得，依靠锥体渗碳加载的调节，要求碳负载足够小，以便每次波反射时进入锥体的波尽可能多，但渗碳加载又要足够大，以便充分吸收进入锥体的波的能量。 半电波暗室最早用于70年代，作为开阔场地的替代场地，测量辐射发射。频率围为30－1000MHz。但最早暗室中粘贴的典型的吸波材料厚度为3－6英尺（0.91－1.83m）。显然在30MHz的频率上，厚度不可能是几个波长。因此暗室的频率围被限制在90－1000MHz。 30－90MHz频段的吸波材料开发缓慢，因为无法预测和测量电-薄吸波材料（即厚度 <1 4 λ）的性能，只能安装上以后，测量暗室特性来判定。直到80年代中期，计算和测量技 术发展以后，对小型宽带吸波材料的评估才成为可能。【4】－【6】中叙述了在理论模型中使用“均质化方法”可以精确地计算吸波材料的反射特性。【7】－【10】中叙述了使用大测试装置直接测小型宽带吸波材料的反射特性。 在整个30－1000MHz的频段都要获得小的反射率，则小型宽带吸波材料必须使用锥形模型，它们在高频段是电-厚模型，但在低频段则是电-薄形材料。电波入射到电-薄型吸波材料上时，它们并不在乎吸波材料的实际几何形状是锥型还是楔型。相反，它们的行为就象照射到一固体媒质上，该媒质的有效ε和μ随进入媒质的距离而变化。注意这是有效ε和有效μ和构成吸波材料的实际ε和μ是不同的。 最佳的吸波材料提供了从空气阻抗到吸波材料基座的波阻抗的逐渐过渡。正确的渗碳加载可使大部分入射波穿透锥或楔，并在通过基座时被吸收。更进一步调节渗碳可以使入射波被锥或楔反射的那一部分和从金属板反射后从吸波材料中透出来的那一部分那互相抵消，这种抵消可以获得非常小的反射率。显然只能发生在较窄的频率围。一般说来渗碳加载对电-厚和电-薄材料的要不同的，【6】因此对于工作频率在30－1000MHz的小型宽带吸波材料（锥或楔型），渗碳加载既要考虑高频时的电-厚，又要考虑低频时的电-薄情况。这是极富于挑战性的。 60年代初期日本开发了电-薄型铁氧体瓦作为聚氨酯锥型和楔型的替代物。由于瓦的吸