吸波材料课件
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性能，用氢氧化钾对碳纳米管进行活化处理后，吸 收频带展宽、吸收加强。
• 原因：活化碳纳米管具有丰富的孔结构，电磁波在 这些孔结构中反复地被反射、散射， 从而消耗电磁 波能量。
吸波材料
19
碳纳米管/聚合物基复合吸波材料
• 由于碳纳米管尺寸小、比表面积大，具有良好的 导电性，在与聚合物混合物制备成复合材料能够 形成导电网络，而且能够提高复合材料强度，是 一种综合性能优良的电损耗型复合吸波材料。
吸波材料
12
吸波材料有哪些？
• 根据成型工艺
涂敷型——吸收剂和粘合剂混合后涂敷于目标表面。铁氧
体吸收材料、金属微粉吸收材料、多晶铁纤维
吸收材料等。
结构型——将吸收剂分散在特种纤维增强的结构材料中所
形成的结构复合材料。承载+吸收电磁波
常用纤维：玻纤、碳纤、碳化硅纤维等。
• 根据研究时期
传统吸波材料：金属微粉、石墨、钛酸钡等。
吸波材料
14
新型吸波材料——纳米材料
粉体体积小
比表面积大
颗粒表面原子比例高
量子尺寸效应
多重散射
悬挂的化学键增多
具有良好的吸波性能
界面极化
吸波材料
15
碳纳米管吸波材料
本征吸收性差 导电性很好，属于电损耗型吸波材料， 但磁导率小，磁损耗很小，限制了在微波吸收性能上的提高。
目前研究重点：碳纳米管薄膜、 碳纳米管/聚合物基复合吸波材料、 碳纳米管/磁性物质复合吸波材料等。
吸波材料
7
磁损耗
磁性材料在磁化过程和反磁化过程中有一部分能量不可逆地转 变为热能所损耗的能量称为磁损耗。
磁滞 涡流 剩余 损耗 损耗 损耗
吸波材料
8
磁损耗
磁滞损耗：磁化过程中克服矫顽力所消耗的能量。
磁
化
强 度
矫顽力：如果要使材料的磁
化强度回到零，就要加一个
反向的磁场，其磁场强度Hc 就成为矫顽力。
吸波材料
16
碳纳米管薄膜
• 研究表明，在Si 基底上定向生长的碳纳米管基本没有吸波性能， 而在Cu 基底上定向生长的管径30nm、长度5μm、间距150nm 的 碳纳米管薄膜对红光和红外激光的吸收高达98%，对10GH z 的微 波有50% 的吸收。
• 该材料密度小、吸收强, 对微波和红外激光均能吸收, 主要应用于 军事领域。
吸波材料
4
电磁波吸收原理
（1）电磁损耗 电阻损耗 介电损耗 磁损耗
（2）阻抗匹配
吸波材料
5
电阻损耗
• 电磁波在材料里感应产生电流，电流在材料内部传输受阻而转 化为内能。
• 电导率越大
载流子引起的宏观电流越大（电场引起的
电流和磁场引起的涡流）
有利于电磁能转变为热能
涡流：块状导体在变化的磁场中 或在磁场中运动时产生的在导体 内自成闭合回路的感应电流叫涡 电流，简称涡流。
ε' — 材料在电场作用下极化程度的变量； ε" — 在外电场作用时，材料电偶矩产生移动引起的损耗； • 复磁导率(μ)：μ=μ'-μ" μ' — 材料在磁场作用下磁化程度的变量； μ" — 在外加磁场的作用下，材料磁偶矩产生移动引起的损 耗。 • 介质损耗正切值(tanδ)：tanδE =ε" /ε'，tanδM=μ"/μ' • 反射损失(R) ：表征吸波材料对于金属平板反射的大小。
磁化场
吸波材料
9
磁损耗
涡流损耗：同时兼具电阻损耗和磁损耗。
剩余损耗：除了涡流和磁滞损耗以外的其他所有损耗。
* 低频和弱磁场中，剩余损耗主要是磁后效损耗，且与频 率无关。 * 高频下，剩余损耗主要包括尺寸共振、畴壁共振、自然 共振等引起的损耗。
吸波材料
10
阻抗匹配
自由空间
材料 自由空间
反射
反射系数
新型吸波材料：纳米吸波材料、导电高聚物、多晶纤维、
手性吸波材料等。
吸波材料
13
传统吸波材料
金属微粉：主要通过磁滞损耗、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。 抗氧化、抗酸碱能力差！介电常数大！而且密度大！
石墨：密度低，电阻是衰减电磁能的主要方式。 高温抗氧化性差！式
铁氧体：具有吸收率高、涂层薄和频带宽等优点。 密度大！ 饱和磁化强度低！高温稳定性差！
吸波材料
20
碳纳米管/磁性物质复合吸波材料
• 碳纳米管是具有中空结构的一维材料，可以利用其毛细现 象将一些元素或物质填充到碳纳米管的内部，制备成具有 特殊性能的一维材料。
• 将Fe、Co、Ni等铁磁性金属或是铁氧体等磁体包覆或填充 到碳纳米管的外部或内部形成碳纳米管-磁性链复合物。
文本
薄
导电性
、
电阻损耗
吸波材料
17
碳纳米管薄膜
碳纳米管的纯化 • 化学气相沉积法法制备的碳纳米管纯度不高, 存在较多的缺陷或
杂质, 会影响碳纳米管的性能, 因此通常要将制得的碳纳米管进行 纯化处理。
• 纯化后：介电损耗正切值tanδE
磁损耗正切值tanδM
吸波材料
18
碳纳米管薄膜
碳纳米管的活化 • 对碳纳米管进行活化处理可以提高碳纳米管的吸波
吸波材料
6
介电损耗
电极化：在外电场的作用下，介质的质点（原子、分子、离子） 正负电荷重心分离，使其转变为偶极子的过程。
电子极化——陶瓷 离子极化——离子结构的物质 取向计划——有机物质 界面极化——结构不均匀的材料
电介质分子的极化需要一定的时间，而在交变电场的作用下， 当这种极化落后于外电场的频率时，便产生了极化的滞后，从 而产生介电损耗。
吸波材料
吸波材料
1
目录
1 2 3 4
概况 吸波材料的吸波原理
吸波材料的分类 发展趋势
பைடு நூலகம்
吸波材料
2
背景
隐形飞机
防辐射手机壳
吸波材料
防辐射键盘
3
什么是吸波材料？
吸波材料是指可吸收、衰减空间入射的电磁波 能量，并减少或消除反射的电磁波的一类功能 材料。一般由基体材料和损耗介质复合而成。
研究目标：
“薄、轻、宽、强” 环境稳定性好
Zin— 材料归一化阻抗； εr— 材料复介电常数，εr= ε'- iε"； μr— 材料复磁导率，μr= μ' – iμ"； d — 吸收层厚度； c — 光速； f — 电磁波在自由空间的频率。
当Г=0，即无反射时，则材料阻抗匹配最好。
吸波材料
11
吸波性能的评价
主要参数：
• 电阻率(ρ) • 复介电常数(ε)：ε=ε'-ε"
磁性
轻 、
介电损耗
磁损耗
宽
、
吸波材料
强
21
发展趋势
兼容化
复合化
智能化
宽频带吸波
多材料复合
智能型材料
吸波材料
22
吸波材料
23
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吸波材料
• 原因：活化碳纳米管具有丰富的孔结构，电磁波在 这些孔结构中反复地被反射、散射， 从而消耗电磁 波能量。
吸波材料
19
碳纳米管/聚合物基复合吸波材料
• 由于碳纳米管尺寸小、比表面积大，具有良好的 导电性，在与聚合物混合物制备成复合材料能够 形成导电网络，而且能够提高复合材料强度，是 一种综合性能优良的电损耗型复合吸波材料。
吸波材料
12
吸波材料有哪些？
• 根据成型工艺
涂敷型——吸收剂和粘合剂混合后涂敷于目标表面。铁氧
体吸收材料、金属微粉吸收材料、多晶铁纤维
吸收材料等。
结构型——将吸收剂分散在特种纤维增强的结构材料中所
形成的结构复合材料。承载+吸收电磁波
常用纤维：玻纤、碳纤、碳化硅纤维等。
• 根据研究时期
传统吸波材料：金属微粉、石墨、钛酸钡等。
吸波材料
14
新型吸波材料——纳米材料
粉体体积小
比表面积大
颗粒表面原子比例高
量子尺寸效应
多重散射
悬挂的化学键增多
具有良好的吸波性能
界面极化
吸波材料
15
碳纳米管吸波材料
本征吸收性差 导电性很好，属于电损耗型吸波材料， 但磁导率小，磁损耗很小，限制了在微波吸收性能上的提高。
目前研究重点：碳纳米管薄膜、 碳纳米管/聚合物基复合吸波材料、 碳纳米管/磁性物质复合吸波材料等。
吸波材料
7
磁损耗
磁性材料在磁化过程和反磁化过程中有一部分能量不可逆地转 变为热能所损耗的能量称为磁损耗。
磁滞 涡流 剩余 损耗 损耗 损耗
吸波材料
8
磁损耗
磁滞损耗：磁化过程中克服矫顽力所消耗的能量。
磁
化
强 度
矫顽力：如果要使材料的磁
化强度回到零，就要加一个
反向的磁场，其磁场强度Hc 就成为矫顽力。
吸波材料
16
碳纳米管薄膜
• 研究表明，在Si 基底上定向生长的碳纳米管基本没有吸波性能， 而在Cu 基底上定向生长的管径30nm、长度5μm、间距150nm 的 碳纳米管薄膜对红光和红外激光的吸收高达98%，对10GH z 的微 波有50% 的吸收。
• 该材料密度小、吸收强, 对微波和红外激光均能吸收, 主要应用于 军事领域。
吸波材料
4
电磁波吸收原理
（1）电磁损耗 电阻损耗 介电损耗 磁损耗
（2）阻抗匹配
吸波材料
5
电阻损耗
• 电磁波在材料里感应产生电流，电流在材料内部传输受阻而转 化为内能。
• 电导率越大
载流子引起的宏观电流越大（电场引起的
电流和磁场引起的涡流）
有利于电磁能转变为热能
涡流：块状导体在变化的磁场中 或在磁场中运动时产生的在导体 内自成闭合回路的感应电流叫涡 电流，简称涡流。
ε' — 材料在电场作用下极化程度的变量； ε" — 在外电场作用时，材料电偶矩产生移动引起的损耗； • 复磁导率(μ)：μ=μ'-μ" μ' — 材料在磁场作用下磁化程度的变量； μ" — 在外加磁场的作用下，材料磁偶矩产生移动引起的损 耗。 • 介质损耗正切值(tanδ)：tanδE =ε" /ε'，tanδM=μ"/μ' • 反射损失(R) ：表征吸波材料对于金属平板反射的大小。
磁化场
吸波材料
9
磁损耗
涡流损耗：同时兼具电阻损耗和磁损耗。
剩余损耗：除了涡流和磁滞损耗以外的其他所有损耗。
* 低频和弱磁场中，剩余损耗主要是磁后效损耗，且与频 率无关。 * 高频下，剩余损耗主要包括尺寸共振、畴壁共振、自然 共振等引起的损耗。
吸波材料
10
阻抗匹配
自由空间
材料 自由空间
反射
反射系数
新型吸波材料：纳米吸波材料、导电高聚物、多晶纤维、
手性吸波材料等。
吸波材料
13
传统吸波材料
金属微粉：主要通过磁滞损耗、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。 抗氧化、抗酸碱能力差！介电常数大！而且密度大！
石墨：密度低，电阻是衰减电磁能的主要方式。 高温抗氧化性差！式
铁氧体：具有吸收率高、涂层薄和频带宽等优点。 密度大！ 饱和磁化强度低！高温稳定性差！
吸波材料
20
碳纳米管/磁性物质复合吸波材料
• 碳纳米管是具有中空结构的一维材料，可以利用其毛细现 象将一些元素或物质填充到碳纳米管的内部，制备成具有 特殊性能的一维材料。
• 将Fe、Co、Ni等铁磁性金属或是铁氧体等磁体包覆或填充 到碳纳米管的外部或内部形成碳纳米管-磁性链复合物。
文本
薄
导电性
、
电阻损耗
吸波材料
17
碳纳米管薄膜
碳纳米管的纯化 • 化学气相沉积法法制备的碳纳米管纯度不高, 存在较多的缺陷或
杂质, 会影响碳纳米管的性能, 因此通常要将制得的碳纳米管进行 纯化处理。
• 纯化后：介电损耗正切值tanδE
磁损耗正切值tanδM
吸波材料
18
碳纳米管薄膜
碳纳米管的活化 • 对碳纳米管进行活化处理可以提高碳纳米管的吸波
吸波材料
6
介电损耗
电极化：在外电场的作用下，介质的质点（原子、分子、离子） 正负电荷重心分离，使其转变为偶极子的过程。
电子极化——陶瓷 离子极化——离子结构的物质 取向计划——有机物质 界面极化——结构不均匀的材料
电介质分子的极化需要一定的时间，而在交变电场的作用下， 当这种极化落后于外电场的频率时，便产生了极化的滞后，从 而产生介电损耗。
吸波材料
吸波材料
1
目录
1 2 3 4
概况 吸波材料的吸波原理
吸波材料的分类 发展趋势
பைடு நூலகம்
吸波材料
2
背景
隐形飞机
防辐射手机壳
吸波材料
防辐射键盘
3
什么是吸波材料？
吸波材料是指可吸收、衰减空间入射的电磁波 能量，并减少或消除反射的电磁波的一类功能 材料。一般由基体材料和损耗介质复合而成。
研究目标：
“薄、轻、宽、强” 环境稳定性好
Zin— 材料归一化阻抗； εr— 材料复介电常数，εr= ε'- iε"； μr— 材料复磁导率，μr= μ' – iμ"； d — 吸收层厚度； c — 光速； f — 电磁波在自由空间的频率。
当Г=0，即无反射时，则材料阻抗匹配最好。
吸波材料
11
吸波性能的评价
主要参数：
• 电阻率(ρ) • 复介电常数(ε)：ε=ε'-ε"
磁性
轻 、
介电损耗
磁损耗
宽
、
吸波材料
强
21
发展趋势
兼容化
复合化
智能化
宽频带吸波
多材料复合
智能型材料
吸波材料
22
吸波材料
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吸波材料