纳米雷达吸波材料概述

纳米雷达吸波材料概述

隐身技术是当今世界三大尖端军事技术之一，是一种通过控制和降低目标的信号特征，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。在现代战争中，雷达是探测目标的一种可靠手段，因此，雷达隐身技术依然是隐身技术的发展重点。雷达吸波涂料主要由吸收剂与粘结剂体系组成，是一种功能性涂料，能够吸收、衰减入射的电磁波，具有将电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的功能。

吸波材料可分为传统型和新型吸波材料两种，新型吸波材料包括：纳米材料、多晶铁纤维、手性材料、导电高聚物吸波材料、等离子体吸波材料和可见光、红外及雷达兼容吸波材料等。本文主要介绍纳米吸波复合材料。

纳米吸波复合材料是指能

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

磁波能量转变成热能或其他形

式能量的一类纳米功能复合材

料。

b～纳米碳化硅

目前国际上的重要几项研究如下：美国研制了一种“超墨粉”吸波涂料，对雷达波的吸收率可达99%。SiIks 公司将一种超细陶瓷球粉体添加在普通的漆中，喷涂在飞机和车辆上，可以提高隐形能力，还可以涂覆在电子装备上来对付电子干扰。法国研制成功一种宽频谱

微波吸收涂层，该涂层由粘结剂和纳米级微粉填充材料构成，具有良好的磁导率，在50Mhz ~ 50Ghz 频率范围内吸收性能较好。还有采用化学法成功制备了FeB 超细非晶合金颗粒，并对其吸波性能进行了研究，结果表明，这种纳米颗粒具有较大的磁损耗，是一种有应用潜力的吸波材料。

而纳米吸波材料为何如此受各军事大国的青睐呢？首先，纳米吸波涂料具有良好的吸波特性，同时具有宽频带、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。其次，纳米吸收剂具有多种吸波机制，如界面效应、量子尺寸效应，产生磁滞损耗、界面极化、多重散射及分子分裂能级激发等。因此，纳米吸波涂料是一种非常有发展前景的功能涂料。

纳米吸波复合材料的工作原理：雷达波首先传输到阻抗为Z 0的自由空间，然后投射到阻抗为Z 1的材料表面，这时雷达波产生部分反射。反射系数R 由下式得出：R =（Z 0-Z 1）/（Z0 +Z 1）。式中，Z 0=（μ0/ε0）1/2，Z 1=（μ1/ε1）1/2。μ0、μ1 分别为自由空间和吸波材料的磁导率；ε0 和ε1分别为自由空间和吸波材料的介电常数。为了不产生反射，反射系数必须为零，即满足Z 0=Z 1或μ0/ε0=μ1/ε1。这就是理想吸波材料的阻抗匹配原理。由于现实中材料的μ常小于μ0，而ε远远大于ε0，很难满足上述要求，因此实际设计中常采用阻抗渐变过渡、多层结构设计的方法来近似地达到阻抗匹配。

纳米材料之所以具有优异的吸收电磁波性能，其原因在于它独特的结构：

（1）纳米复合材料的界面组元所占比例大，颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸

收频带展宽，造成多重散射。

（2）纳米材料的量子尺寸效应使电子的能级分裂，而分裂的能级间距正处于微波的能量范围（10-2 ~10-4 eV），为纳米材料创

造了新的吸波通道。

（3）纳米材料中的原子、电子在微波场的辐射下，运动加剧，增加了电磁能转化为热能的效率，从而提高了对电磁波的吸收

性能。

纳米复合吸波材料微观形貌和能谱分析图

雷达吸波材料研究前景展望

吸波材料的基本要求是：“薄”、“轻”、“宽”、“强”，目前的吸波材料还不能全面达到理想目标，因此吸波材料的发展必将向着纳米化，复合化发展，具有广阔的发展空间；同时随着探测技术的进步，可见光及红外隐身的问题逐渐突出，由于雷达波、红外波、可见光是处于不同波段的电磁波，因此如何使吸波材料在几个波段彼此兼容，成为今后研究的主要方向之一。对于纳米吸波材料来说，改变微粒直径及

微粒间间隙，或调整不同尺寸间微粒的位置关系，都可能使材料在不同的波段具有良好的吸波效果。

吸波材料要实现良好的吸波性能必须具备两个条件，(1)使入射电磁波尽可能地进入吸波材料内部而不在表面被反射。即材料需具有阻抗匹配性。（2）能将入射电磁波迅速地吸收衰减掉，即材料应具有强吸收特性。要想使吸波涂层获得所希望的宽频吸收特性。可通过材料表面改性或涂层复合的方法，来扩展吸波频带，获得匹配好、吸收好的吸波涂层。例如，研究纳米双层或多层吸波材料，尝试不同的材料，不同的材料厚度进行纳米复合，如纳米复合镍粉／羰基铁粉双层吸波材料经试验测试，性能良好。

目前吸波材料主要问题在于涂层失效，失效的只要表现形式为：涂层脱落，涂层开裂以及吸波性能下降等。纳米吸波材料新的研究方向就应该向着附着性高，韧性强，性能稳定的方向发展。

参考文献

［1］周敏，杨觉明，周建军. 吸波材料研究进展［J］. 西安工业学院学报，2000，20（4）：296-302

［2］陈亮，郑国禹，王艳艳，胡秉飞. 雷达吸波涂料的研究进展［J］. 表面技术，2007,36(2)：54-55

［3］吕艳红. 纳米复合双层雷达吸波涂层研究［J］. 兵器材料科学与工程，2010,33(1)：98-100

［4］牟维琦，黄大庆. 浅谈雷达吸波材料的发展现状［J］. 科技创新导报，2012，（24）：37-39