论文部分内容阅读
摘 要：吸波材料的研究是隐身技术发展的关键，吸波剂的好坏对于吸波材料的性能有很大的影响。本文在对吸波材料以及其吸波原理进行介绍的基础上，大体阐述了有关吸波材料的研究进展，通过对几种常用的微波吸波剂的介绍，提出了未来吸波材料的发展将向着"薄、轻、宽、强"和耐腐蚀性等方面进行研究。
关键词：吸波材料 吸波材料分类 研究进展
一、吸波材料的简介
吸波材料是指能将投射在它表面的电磁波能量吸收并通过材料介质损耗转变为热能等其他形式的能量的一类材料，一般由基体材料（或粘结剂）与吸收介质（吸收剂）复合而成。在工程上应用的吸波材料不仅在较宽频带内对电磁波的吸收率较高，还应该具备质量轻、耐高温、耐潮湿、抗化学腐蚀等特性。一般情况下，吸波材料需要最大限度地使入射电磁波进入到吸波材料内部，从而减少电磁波的直接反射，即要求材料满足阻抗匹配；并且进入材料内的电磁波能迅速地被全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配[1]。
二、吸波材料的分类
目前吸波材料分类较多，分类方法也有多种，现大致分为以下四种。
1.按材料成型工艺和承载能力，可分为涂型吸波材料和结构型吸波材料
前者是将混合后的吸收剂（金属或合金粉末、铁氧体、 导电纤维等）与粘合剂涂覆于目标表面形成吸波涂层，其具有操作方便，吸波性能好、工艺简单和容易调节等优点，广泛受到世界各国的重视。后者是具有承载和吸波的双重功能通常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
吸收型吸波材料通过本身对雷达波进行吸收损耗可分为复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变/宽频0吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体三种基本类型；干涉型吸波材料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，这类材料的缺点是吸收频带较窄。
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三大类
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；电介质型吸波材料的机理为介质极化驰豫损耗，如钛酸钡之类；铁氧体、羟基铁等属于磁介质型吸波材料，它的损耗机理主要是铁磁共振吸收。
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、碳化硅等属于传统吸波材料，通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料性能较好。新型吸波材料包括纳米材料、导电高聚物、多晶铁纤维等，它们的吸波机理和传统吸波材料有所不同。其中纳米材料和多晶铁纤维是性能最好的两种。
三、吸波材料的研究进展
为适应实际使用的需要，吸波材料要满足“薄、轻、宽、强”和耐腐蚀性等要求，国内外所使用和开发的吸波剂还存在很大的缺陷，应用范围受到一定的限制。常用的微波吸收剂主要有主要有金属超细微粉吸收剂、多晶铁纤维吸波剂、铁氧体吸波剂等，吸收剂也在向“高效、轻量化和复合化”方向发展。纳米吸波材料不仅具有良好的吸波性能，而且其质量轻、吸收频带范围宽、具有良好的兼容性，是未来吸波材料发展的另一大热点。
1.金属超细微粉吸波材料
金属超细微粉是指粒度在 10 μm甚至 1 μm以下的粉末，主要包括金属铁粉、铁合金粉等，其主要通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波。细化的粒子，其活性大大增加，在微波辐射下，分子、电子运动加剧，促进磁化，使电磁能转化为热能。金属超细微粉具有较大的磁导率，与高频电磁波有强烈的电磁相互作用，理论上，金属超细微粉吸波材料具有高效吸波性能。Jin 等利用在矾土合金体上进行微波弧氧化制得含铁钒土合金薄膜并通过分析发现：质量分数为16.16%钒土合金薄膜的介电常数和磁导率都与微波相匹配，当匹配厚度为2mm时，在9.6 GHz频率点的最小反射达-10.5dB 、16.3GHz处的最小反射率为-9.1dB。
2.多晶铁纤维吸波材料
多晶铁纤维吸收剂包括 Fe、Co、Ni 及其合金纤维吸收剂，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。刘爱祥等[2]成功合成轴径比为20～35 的多晶铁纤维，在8.5～14.6 GHz范围内反射损耗小于-10dB，在11.3GHz处最大损耗为-21.8dB。
3.铁氧体吸波材料
铁氧体吸波材料是一种由铁元素与氧元素形成的具有铁磁性的金属氧化物，属亚铁磁性材料，它的吸波性能源于其亚铁磁性和介电性能，由于相对磁导率和相对介电常数均为复数形式，它既能产生介电损耗又能产生磁损耗，具有良好的微波性能。
铁氧体吸波材料是目前研究较多的也是较为成熟的一种吸波材料。铁氧体吸收剂的吸收电磁波的能力强，吸收的频带较宽，其抗腐蚀性强，而且成本低，但是它也存在密度大，耐高温性能差等缺点。将铁氧体与其他吸波材料复合可以满足吸波剂的质量轻，厚度薄，以及吸收频带宽等要求。
四、结束语
邱琴等认为“吸波材料的发展趋势为：纳米化、多元化和多介质化”，在纳米铁氧体中掺杂不同的金属元素，或空心微珠等多孔介质，可以提高其吸波性能，拓宽其吸波频段，并可以克服金属、铁氧体材料密度大的缺点[3]。未来的吸波材料将向着 “薄、轻、宽、强”以及耐腐蚀性、耐候性等多个方面进行研究，不同种类吸波材料的复合能够在较大程度上提高材料的吸波性能。纳米吸波材料对微波、红外都有很好的吸波特性，其吸收频带宽，具有极好的兼容性，而且其质轻，厚度薄，是一种具有很大发展空间的吸波材料。
参考文献
[1]毕松等.涂覆型雷达/红外复合隐身材料研究现状.化工新型材料，2006，34（3）：8～11.
[2]刘爱祥，茹森焱，孟凡君等.多晶铁纤维的合成与微波吸收性能的研究[J] .无机化学学报，2004 ，20（3）：358～362.
[3]邱琴，张晏清，张雄. 电磁吸波材料研究进展 [J].电子元件与材料，2009 ，28（8）：78～81.
作者简介：崔志萍（1990-）女，汉族，河南新乡人，河南大学化学化工学院，研究方向：应用化学。
李小博（1991-）女，汉族，河南商丘人，河南大学化学化工学院，研究方向：材料化学。
关键词：吸波材料 吸波材料分类 研究进展
一、吸波材料的简介
吸波材料是指能将投射在它表面的电磁波能量吸收并通过材料介质损耗转变为热能等其他形式的能量的一类材料，一般由基体材料（或粘结剂）与吸收介质（吸收剂）复合而成。在工程上应用的吸波材料不仅在较宽频带内对电磁波的吸收率较高，还应该具备质量轻、耐高温、耐潮湿、抗化学腐蚀等特性。一般情况下，吸波材料需要最大限度地使入射电磁波进入到吸波材料内部，从而减少电磁波的直接反射，即要求材料满足阻抗匹配；并且进入材料内的电磁波能迅速地被全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配[1]。
二、吸波材料的分类
目前吸波材料分类较多，分类方法也有多种，现大致分为以下四种。
1.按材料成型工艺和承载能力，可分为涂型吸波材料和结构型吸波材料
前者是将混合后的吸收剂（金属或合金粉末、铁氧体、 导电纤维等）与粘合剂涂覆于目标表面形成吸波涂层，其具有操作方便，吸波性能好、工艺简单和容易调节等优点，广泛受到世界各国的重视。后者是具有承载和吸波的双重功能通常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
吸收型吸波材料通过本身对雷达波进行吸收损耗可分为复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变/宽频0吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体三种基本类型；干涉型吸波材料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，这类材料的缺点是吸收频带较窄。
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三大类
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；电介质型吸波材料的机理为介质极化驰豫损耗，如钛酸钡之类；铁氧体、羟基铁等属于磁介质型吸波材料，它的损耗机理主要是铁磁共振吸收。
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、碳化硅等属于传统吸波材料，通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料性能较好。新型吸波材料包括纳米材料、导电高聚物、多晶铁纤维等，它们的吸波机理和传统吸波材料有所不同。其中纳米材料和多晶铁纤维是性能最好的两种。
三、吸波材料的研究进展
为适应实际使用的需要，吸波材料要满足“薄、轻、宽、强”和耐腐蚀性等要求，国内外所使用和开发的吸波剂还存在很大的缺陷，应用范围受到一定的限制。常用的微波吸收剂主要有主要有金属超细微粉吸收剂、多晶铁纤维吸波剂、铁氧体吸波剂等，吸收剂也在向“高效、轻量化和复合化”方向发展。纳米吸波材料不仅具有良好的吸波性能，而且其质量轻、吸收频带范围宽、具有良好的兼容性，是未来吸波材料发展的另一大热点。
1.金属超细微粉吸波材料
金属超细微粉是指粒度在 10 μm甚至 1 μm以下的粉末，主要包括金属铁粉、铁合金粉等，其主要通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波。细化的粒子，其活性大大增加，在微波辐射下，分子、电子运动加剧，促进磁化，使电磁能转化为热能。金属超细微粉具有较大的磁导率，与高频电磁波有强烈的电磁相互作用，理论上，金属超细微粉吸波材料具有高效吸波性能。Jin 等利用在矾土合金体上进行微波弧氧化制得含铁钒土合金薄膜并通过分析发现：质量分数为16.16%钒土合金薄膜的介电常数和磁导率都与微波相匹配，当匹配厚度为2mm时，在9.6 GHz频率点的最小反射达-10.5dB 、16.3GHz处的最小反射率为-9.1dB。
2.多晶铁纤维吸波材料
多晶铁纤维吸收剂包括 Fe、Co、Ni 及其合金纤维吸收剂，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。刘爱祥等[2]成功合成轴径比为20～35 的多晶铁纤维，在8.5～14.6 GHz范围内反射损耗小于-10dB，在11.3GHz处最大损耗为-21.8dB。
3.铁氧体吸波材料
铁氧体吸波材料是一种由铁元素与氧元素形成的具有铁磁性的金属氧化物，属亚铁磁性材料，它的吸波性能源于其亚铁磁性和介电性能，由于相对磁导率和相对介电常数均为复数形式，它既能产生介电损耗又能产生磁损耗，具有良好的微波性能。
铁氧体吸波材料是目前研究较多的也是较为成熟的一种吸波材料。铁氧体吸收剂的吸收电磁波的能力强，吸收的频带较宽，其抗腐蚀性强，而且成本低，但是它也存在密度大，耐高温性能差等缺点。将铁氧体与其他吸波材料复合可以满足吸波剂的质量轻，厚度薄，以及吸收频带宽等要求。
四、结束语
邱琴等认为“吸波材料的发展趋势为：纳米化、多元化和多介质化”，在纳米铁氧体中掺杂不同的金属元素，或空心微珠等多孔介质，可以提高其吸波性能，拓宽其吸波频段，并可以克服金属、铁氧体材料密度大的缺点[3]。未来的吸波材料将向着 “薄、轻、宽、强”以及耐腐蚀性、耐候性等多个方面进行研究，不同种类吸波材料的复合能够在较大程度上提高材料的吸波性能。纳米吸波材料对微波、红外都有很好的吸波特性，其吸收频带宽，具有极好的兼容性，而且其质轻，厚度薄，是一种具有很大发展空间的吸波材料。
参考文献
[1]毕松等.涂覆型雷达/红外复合隐身材料研究现状.化工新型材料，2006，34（3）：8～11.
[2]刘爱祥，茹森焱，孟凡君等.多晶铁纤维的合成与微波吸收性能的研究[J] .无机化学学报，2004 ，20（3）：358～362.
[3]邱琴，张晏清，张雄. 电磁吸波材料研究进展 [J].电子元件与材料，2009 ，28（8）：78～81.
作者简介：崔志萍（1990-）女，汉族，河南新乡人，河南大学化学化工学院，研究方向：应用化学。
李小博（1991-）女，汉族，河南商丘人，河南大学化学化工学院，研究方向：材料化学。