吸波材料的最新研究进展及发展趋势

刘元 臣等 研究 铁 氧体 含量 对 涂 层 织 物介 电
常数 的影 响 中发现 ，改 善涂层 织 物 的吸 波效 能有 两
成都纺 织高等专科学校学报
２０１６年 ７月
种 方法 ：一 种是 当织 物 涂 层 厚 度 不 变 时 ，增 加铁 氧
体 吸 收剂 的含 量 来 提 高 吸波 效 能 。 另 一种 是 当 铁
摘 要 ：介 绍 了吸 波材料 的吸 波原 理 ，对 吸 波材料 进 行 分类 ，并 综述 了铁 氧 体 、羰基 铁 、石 墨 烯 、手性材 料 、席 夫碱 等作 为 常见 吸波材 料 的 最新研 究进 展 ，并 对发展 趋 势作 了简要 的概 述 。
关键 词 ：吸 波材料 吸波 原理 制 备 方 法 中 图分 类号 ：ＴＢ３４ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００８—５５８０（２０１６）０３－０１２０－０５
纳米 管质 量 分数 的复 合 材 料 。 复合 材 料 的 吸波 性
能 比单 纯 的镍 铁氧 体 的吸波 性能 得到 明显 的提 高 。
碳纳 米管 的质 量分 数 为 ２０％ 时 ，厚 度 为 １ｍｍ 的薄
涂层 的 吸 波 效 果 最 佳 ，小 于 ～１０ｄＢ 的 有 效 带 宽
达 ３ＧＨｚ。
（２）按 照 成 型 工 艺 和 承 载 能 力 分 为 涂 覆 型 和 结构 型 。涂覆 型 吸波 材料 也称 为 吸波涂 层 ，一 般 由 吸波 剂 和黏 结 剂组 成 。黏 结 剂 使涂 层 牢 固 附 着 于 被涂 层材 料表 面 形成 连续 薄膜 ，采用 具 有 良好 透 波 性能 的黏结 剂 可使 涂层 的 吸收 效 率 最 大 化 。结 构 型 吸波材 料不 但 具有 吸波 作用 ，而且 承 担着 承 载 作 用 ，具 备 质轻 高强 等优 点 。
（４）按 研 究 时 期 分 为 传 统 型 吸 波 材 料 和 新 型 吸波材 料 。传 统 吸 波 材 料 以 强 吸 收 为 主 ，如 炭 黑 、 铁 氧 体 、羰 基 铁 ；新 型 吸 波 材 料 具 有 “薄 、轻 、宽 、 强 ”等特点 ，如手性材料 、石墨烯 、席夫碱盐等 。
３ 吸波材料 的最新研 究进展
（Ｎｉ—Ｃｏ）镀覆 的有 效 吸波 频 带 宽 为 ５ＧＨｚ，吸收 峰
值 为 一３３ｄＢ。Ｎｉ—Ｃｏ／Ｗ —Ｂａ吸波 材 料具 有 质 轻 ，
稳定 性好 ，吸收性 能强 ，成本 低 等优点 。
陈 明东等 。。采用 柠檬 酸 络合 物 形 成 的溶 胶 凝
胶制 备镍 铁 氧体 与碳 纳米管 混合 均匀 ，得 到 不 同碳
成都纺织 高等专科学校学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ
第 ３３卷 ３期 （总第 １２１期 ） ２０１６年 ７月 Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．３（Ｓｕｍ １２１
吸 波 材 料 的最 新 研 究 进 展 及 发 展趋 势
赵 晓 明 ，鲁 亚 稳
（天津 工业 大 学 纺织 学部 ，天 津 ３００３８７）
１ 吸波 材 料 的 吸 波 原 理
吸波 材料 是 指能 把投 射 到它 表 面 的电磁 波 ，通 过介 质损 耗 把 电 磁 波 能量 转 化 为热 能 或 其 他 形 式 的能 量 。吸 波材 料 的两 个 基 本 条 件是 ：（１）入 射 电 磁 波 最大 限度 地进 人 材料 内部 ，而 不是 在 其 表 面就 被 反 射 ，即要 满 足 材 料 的 阻抗 匹 配 ；（２）进 人 材 料 内部 的 电磁波 能几 乎 全部 衰减 掉 ，即衰 减 匹配 。
降。矫顽力从 ３６６９ Ｏｅ下降到 ７０８ Ｏｅ。当 ｘ＝０．５，
适 当吸收带宽为 １０，即 １６ ＧＨｚ～６ ＧＨｚ的频率 范
围 ，作 为一 种有效 的微 波 吸收 材料 。
刘 勇 等 采 用 溶 胶 一凝 胶 自 蔓 延 法 ，在
１０００￣（２下煅 烧 ２ｈ，制备 Ｌａ 掺杂 Ｎｉ０＿３５ｃｏ０．１５ｚｎ０．５
ｍｍ 时 ，最 低 反射 损 耗 为 一１６．４９ｄＢ，小 于 一１０ｄＢ；
厚 度 为 ５ｒａｍ 时 ，最 小 反 射 损 耗 为 一２８．４ｄＢ，小 于
一 １０ｄＢ，带宽 为 ３．７ＧＨｚ。
俞梁 等 制 备 出 的铁 氧 体 双层 空 心微 珠 （Ｎｉ
— Ｃｏ／Ｗ —Ｂａ）。研究 表 明 ：Ｎｉ—Ｃｏ合 金颗 粒首 先
３．１ 铁氧 体
铁 氧 体是 指 铁族 和其 他 一 种 或 多种 适 当 的金 属元素复合而成 的具有一定磁性 的氧化物 。铁 氧体具有微波 吸收强 、吸收频带宽 、来源广泛且低 廉 等很 多优 点 ，但 其 密度 大 、温 度 稳 定 性 差 。 因此 为了使 铁 氧体满 足 质轻 、宽频 、涂 层 薄等 要求 ，常用 的方法是铁氧体与其他吸收剂复合使用 。
收 稿 日期 ：２０１６—０５—０６ 基 金项 目 ：国家 自然科 学 基 金 项 目（５１２０６１２２） 第一作 者 －赵 晓明（１９６３一）男 ，博 士 ，天津 市特 聘教授 ，博 士生导师 ，研究 方向 ：吸波材 料的制备与性能研究 。
第 ３期
吸波材料的最新研究进展及发展趋 势
１２１ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｆｅ Ｏ 铁 氧 体 。研 究 表 明 ，掺 杂 Ｌａ¨ 能 够 提 高
Ｎ ｃｏ。 ｚｎ Ｆｅ Ｏ 铁 氧 体 的 吸 波 性 能 ，并 使 吸
收 频带 向高 频 移 动 。３种 不 同 厚 度 （３ｍｍ、５ｍｍ、
８ｍｍ）材 料 ，在 １ＧＨｚ～１２ＧＨｚ电 磁波 段 ，厚 度 为 ３
（３）按 照 吸 收原 理 分 为 干 涉 型 和 吸 收 型 。 干 涉型是利用波的干涉原理 ，使入射的电磁波与反射 的 电磁 波 能够 相互 干涉 抵 消 ，达 到 吸收 电磁 波 的 目 的 ，即从 光程差 可 以发 现 当材料 的厚 度 为人 射 电磁 波在材 料 体 内传播 波 长 的 １／４时 ，可 以发生 干 涉 现 象 Ｊ。也 可 以从 相 位差 出发 ，当在入 射表 面第 一 反 射波 和 第 二 反 射 波 在 同 一 偏 振 面 上 ，相 位 差 为 １８０。时会 发 生 干 涉 现 象 Ｊ。如 Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ吸 收 屏 的 设 计 。 吸收型 吸 波 材 料是 利 用 材 料 本 身 的特 性 把 电磁 能 转 换 为 热 能 消 耗 掉 ，如 Ｄａｌｌｅｎｂａｃｈ涂 层 的 设 计 。
当频 率为 ｆ的均 匀 电 磁 波 垂 直 射 入 底 层 为 金 属 板 的单层 吸波涂 层 时 ，涂 层对 电磁波 的功 率反 射 Ｒ 为 ：
Ｒ＿２０ｌｇＩ ｆ
ｚ 为 空气 阻抗 ，ｚ为材 料 的输 入阻 抗 。 （１）当 Ｚ＝０时 ，Ｒ＝一１，这 是全 反 射现 象 。 （２）当 Ｚ＝Ｚ。时 ，Ｒ＝ 一０，反射 为 零 ，即满 足 阻 抗 匹配 。对单 层板 涂层 ，只要材 料 的表 面 阻抗 与 大 气 的阻抗 相接 近 即可 。对 于多 层 吸波材 料 ，不 仅 材 料 表层 与 大 气 的 阻抗 相 接 近 ，而 且 要 求 总 的 阻 抗 相 近 。 （３）当 ｚ一 ∞时 ，为全传 输 现象 或全 透射 现 象 。 吸波 体 由吸 波剂 和 透 波 剂 构 成 。 两 者 的 比例 和分布 决定 着 吸波 体 的阻 抗 匹 配 。通 过延 长 电磁 波 传输 路径 ，可 以 提 高 吸 波体 的 吸 收 效 率 。但 是 ， 单 纯 的通 过增 加 吸 波 体 的 厚 度来 获 取 尽 可 能 长 的 传输 路 径是 有一 定 限制 的 ，因为 增加 厚 度 的 同时 也 会使 原 有 的阻抗 匹 配失 衡 ，这 样 不但 不 能提 高 吸 收 效 果 ，甚 至 还有 可能 降低 吸 收效 果 。 复 介 电常数 ｓ和 复磁导 率 Ｕ写 成复 数 形式 为
一
性 能较 好 。
Ｒｅｚａ Ｓｈａｍｓ Ａｌａｍ等 采用 共 同沉 淀法 制 备 了
不 同 ｃｏ¨ 的 ＢａＭｇｘ／２ｍｎｘ／２ ｃｏ ｔｉ２ ｆｅ１２ Ｏ１９纳 米 复合
材 料 。研 究 表 明 ，饱 和磁化 强度 在 ０—０．２范 围 内 ，
随着 Ｃｏ 的增 加 而 增 加 ，当 大 于 ０．２时 ，急 剧 下
￡＝￡ 一ｊ￡” Ｈ＝Ｕ 一ｊＬＩ ￡ 为介 电常数 的实 部 ；ｓ 为介 电常数 的虚 部 ；Ｕ 为磁 导 率 的实部 ；ｕ”为 磁导 率 的虚部 。
，，
一
ｔａｎｇ ＝ 为材料 介 电损 耗 角正切 ；
Ⅳ
ｌ１
ｔａｎ８ ＝ 为材料 磁 损耗 角正 切 。
２ 吸波材料 的分类
（１）按 照 材料 的 损 耗机 理 分 为 电阻 型 、电介 质 型和 磁介 质 型 。 电阻 型 吸 波 剂 主 要 是 在 电场 的作
用下 ，吸波材料 内部会产生传导 电流 ，以热 的形式 消耗 掉 ，炭 黑 、石 墨 、金属 粉 、碳 化 硅 等 都 属 于 电阻 型 。 电介质 型 吸波剂 主要 是在 高频 电场作 用 下 ，通 过介 质 的松 弛极 化损 耗来 吸 收 电磁 波 ，主 要有 氮 化 硅 和氮 化铁 等 。磁 介 质 型 主 要 通 过 趋 肤 效 应 和 涡 流损 耗 、磁滞 损 耗 和 剩 余 损耗 等 吸 收 电磁 波 ，如 铁 氧体 和 羧基 铁等 。
氧体 吸收 剂含 量不 变 时 ，通 过增 加涂 层 的厚 度 来 提 高涂层 织 物 的吸波 性 能 。
冯 辉 红等 研 究 铁 氧体 通 过 与其 他 性 能优 异
的材料 进 行复 合来 弥补 其 比重 大 、热 稳 定性 差 和 低
频 吸 收效 率 低 等 缺 点 ，另 外 改 善 铁 氧 体 热 稳 定 性
０ 前 言
随着 电磁 波 在 家 用 电器 、医 疗 设 备 、航 空 、航 天 、通 信等 生活 中 的各 个 领 域 得 到 广 泛 的应 用 ，日 益 明显 的 电磁 波 污 染 问题 也 随 之 而 来 。 由 于 我们 对 电子 产 品使 用 量 急 剧 增 加 以及 电 子工 业 的 迅 速 发展 ，使我们 更 加 直 接 的接 触 到 电磁 波 ，并 且 当 电 磁波 的强度 达 到一定 数 值后 ，会 引发 人体 一 些 疾 病 的病 变 。另外 ，军用 电子 设备 的电磁 波信 号 有 可 能 成 为敌 方侦 察 的线 索 。 为 了 防止 信 息 泄 露 或 者 为 了不 被 敌方 勘察 到我 方 位置 等信 息 ，提 高在 未 来 战 争 中 的抗 电磁 干 扰及 生存 能 力 ，高 效 能 、宽 频 带 的 电磁 波 吸波 材料 的研 究 已 日趋重 要 。
冯 涛 等 用 陶瓷工 艺制 备 Ｎｉ１一 ｃｏ Ｆｅ２Ｏ４（０≤ ｚ≤０．０４）铁 氧 体 材 料 。在 ｃ０ 含 量 ｚ＝０．０２时 ， ＡＨ 出现 最小 值 ；考虑 到微 波 材料 的低 损 耗 和 高 功
率 特性 ，应 使 Ｚ≤０．２。
华 杰等 运 用 溶 胶一 凝 胶 法 制 备 了不 同含 量
沉积 在 晶体 的间 隙和 沟壑 中 ，填充 完后 开始 在基 体
表 面沉积 直 至完全 包 覆 ；完 全 包 覆 后 的 Ｎｉ—Ｃｏ／Ｗ
— Ｂａ的 电磁 吸波 性 能 明显 增 强 ，介 电损 耗 和 磁 损
耗都得到了增强 ；单一金属（Ｎｉ、ｃｏ）镀覆的有效 吸
波频 带 宽 为 ９．４ＧＨｚ，吸 收 峰 值 为 一２０ ｄＢ ，合 金
ｃ０¨ 的 Ｃｏ Ｆｅ３一 Ｏ４／ＳｉＯ２（ｘ＝０．８，１．０，１．２）纳 米 复
合 材 料 。 用 ｘ 射 线 衍 射 仪 （ＸＲＤ）测 试 表 明 ，经
７００℃热 处 理 后 复 合 材 料 中 形 成 尖 晶 石 结 构 的
ｃｏ Ｆｅ Ｏ 铁 氧 体 。 当 Ｘ＝０．８时 ，复 合 材料 的磁