吸波材料的制备及其研究方法

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吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类： 1）电阻型损耗，此类吸收机制和材料的导电率有关的电阻性
损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引 起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转 化成为热能。
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吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类： 2）电介质损耗，它是一类和电极有关的介质损耗吸收机制，
2016年5月13日
目录
吸波材料研究背景 吸波材料的分类 吸波材料的制备方法 吸波材料与涂料的结合应用
研究背景
随着科学技术和电子工业的告诉 发展，各种数字化，高频化的电子电 器设备如计算机、无线电通讯设备等 不断的普及应用，它们在工作室的电 影迅速变化，向空间辐射了大量不同 波长和频率的电磁污染（EMI），电磁 污染越来越严重，电磁辐射已成为继 大气污染、水污染后又一大严重污染。
(2)超微磁性金属粉：磁性金属、合金粉末具有温度稳定性能好，磁导率、介电常数 大，电磁损耗大，有利于达到阻抗匹配和展宽吸收频带等优点，是其成吸收材料的 主要发展方向。而超微磁性金属粉材料就是将超细磁性金属粉末与高分子黏结剂复 合而成，可通过多相超细磁性金属粉末的混合比例等调节电磁参数，达到较为理想 的吸波效果。金属微粉吸波材料主要有两类：一是羰基金属微粉吸波材料；二是通 过蒸发、还原、有机醇盐等工艺得到的磁性金属微粉吸波材料。金属微粉吸波材料 微波磁导率较高、温度稳定性好，但抗氧化、耐酸碱能力差，远不如铁氧体；介电 常数较大且频谱特性差，低频段吸收性能较差；密度较大。
(5)导电高聚物：导电高聚物具有共轭π 电子的线形或平面形构型与高分子电荷转移给络合物的作用， 其电导率可在绝缘体、半导体和金属态范围内变化，电磁参量依赖于高聚物的主链结构、室温电导率、 掺杂剂性质、微观形貌、涂层厚度、涂层结构等。
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(6)手性吸波材料：手性是指一种物质与其镜像不存在几何对称性，且不能通过任何 操作使其与镜像重合。而手性吸波涂层是在基体树脂中掺和一种或多种具有不同特性 参数的手性媒质构成。手性材料具有双各向同性的特性，其电场与磁场相互耦合。在 实际应用中主要有两类手性物体：本征手性和结构手性物体。本征手性物体本身的几 何形状即具有手性，如螺旋线等。目前研究的吸波手性材料是在基体材料中掺杂手性 结构物质形成的结构手性复合材料。
研究背景
军用科技领域，探测技术(雷 达、红外等) 与武器装备的隐身 技术之间的相互斗法，也促进了 宽频带高吸收率吸波材料的研究。 武器方面，吸波材料和涂料技术 直接的联系也更为紧密一些。
吸波材料
吸波材料的定义
吸波材料是一种使入射电磁波最大限度地进入到材料内部，并且能 够有效吸收衰减入射电磁波，将其转化成热能等其它形式的能量而 损耗掉或使电磁波因干涉而消失的一种功能材料。
即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗 散掉。电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转 向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等。
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吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类： 3）磁损耗，此类吸收机制是一类和铁磁性介质的动态磁化
过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、 阻尼损耗以及磁后效效应等，其主要来源是和磁滞机制相似的磁 畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。此外，最新的纳米材 料微波损耗机制是如今吸波材料分析的一大热点
(1)铁氧体吸波涂料：是把铁氧体分散在有机高分子材料的黏结剂中，同时还加入 一些其它附加物。铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。自然共振是铁氧 体吸收电磁波的主要机制。自然共振是指铁氧体在不加外恒磁场的情况下，由入射 的交变磁场和晶体的磁性各向异性等共同作用产生的共振。由于铁氧体既是磁介质 又是电介质，具有磁吸收和电吸收两种功能，是性能极佳的吸波材料，与其它吸波 材料相比，它还具有体积小、吸波效果好、成本低的特点。但它也具有密度大、高 温特性差等缺点。
理想的吸波材料应具有吸收频带宽、质量轻、厚度薄、机械性能好、 使用简便等特点。
薄、轻、宽、强
非隐身材料与隐身材料比较示意图
雷达依据目标反射的电磁波来跟踪目标。根据反射信号的强 弱、方位、时间等信息可计算出敌方目标的方位、运动速度等。 目标的反射信号越强，雷达就越容易探测到目标。雷达隐身材料 （也称吸波材料）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达 波，从而达到隐身的目的。吸波材料主要是通过电磁能转化为热 能而耗散或者使电磁波因干涉而抵消。
结构型吸波材料
尽管涂覆型吸波材料已得到广泛应用，但其频带窄、易脱落、涂层 厚、比重大、使部件增重大等。近年来，在涂覆型吸波材料基础上发展 了结构型吸波材料。它既有高的结构强度，又有好的吸波性能，而且在 一些条件下缓冲了厚度与重量上的矛盾。
(1)混杂纱吸波复合材料：通过增强纤维之间一定的混杂比例和结构设计形式制造成 的、满足特殊性能要求或综合性能较好的复合材料。这种材料具有优良的吸透波性能， 又兼具复合材料重量轻、强度大、韧性好等特点。作为制造隐身飞机机身、导弹壳体 等部件，能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。 (2)陶瓷型吸波材料：如SiC纤维、Al2O3纤维、Si3N4纤维吸波材料等陶瓷型吸波材料 能满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击的要求。 (3) C-C 吸波材料：能很好的减少红外信号和雷达信号。它具有极稳定的化学键，抗 高温烧蚀性能好、强度高、韧性大，还具有优良的吸波性能。缺点是抗氧化性差，在 氧化气氛下只能耐400℃，涂有SiC抗氧化涂层的C-C材料抗氧化性能大大提高。
吸波材料的分类
分类2
涂覆型
涂料(如铁氧体)
贴片（塑料、橡胶 和陶瓷）
结构型
碳纤维骨架和碳基体 （碳粒、碳化硅粉等） 组成的复合材料
涂敷型吸波材料
将吸波涂料分散在有机高分子材料的黏结剂中，同时加入一些其它附加 物，采用涂刷或喷涂方法加工，经常温固化形成涂层结构。该涂层适用于复 杂曲面形体，且耐候性及综合机械性能良好。涂敷型吸波材料工艺简单、使 用方便、容易调节。
(3)纳米材料：材料组分特征尺寸在0.1-100nm，它具有极好的吸波特性，频带宽、兼容性好、质量小 和厚度薄，对电磁波的透射率及吸收率比微米级粉体要大得多。
(4)磁纤维吸波涂层：吸波涂层材料中所使用的球状磁性吸收剂很难满足装备对吸波涂层的苛刻要求。 由铁、镍、钴及其合金制成的一种多层磁纤维吸波涂层，其中纤维可通过多种吸波机制来损耗微波能 量，因而可在较宽频带内实现高吸收，且重量可减轻40-60%。其中，多晶铁纤维在微波低频段的吸波 性能尤为突出。