吸波材料

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吸波材料的分类
4、根据吸波机理的不同，吸波材料主要可分为电损耗型、介 电损耗型和磁损耗型三大类
乙炔炭黑（电损耗型）
铁氧体（磁损耗型）
几种常见吸波材料
铁系
铁氧体 金属铁微粉 多晶铁纤维 吸波材料
碳系
石墨、乙炔、炭黑 碳纤维 碳纳米管
其他类
导电高分子 手性材料 等离子体材料
吸波材料
目录
简介 吸波原理原理 分类 铁氧体吸波材料
吸波材料 概述
生产工艺与检测
吸波材料定义
• 所谓吸波材料是指材料可吸收，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。与 所有复合材料一样，吸波复合材料同 样也是由功能体及基体组成的。工程 应用上除要求在较宽带宽内对电磁波 具有高的吸收率外，尚要求材料具有 重量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。
参考文献
• • • • 谭小平 古映莹 . 尖晶石型超微铁氧体粉末合成方法进展 苏海林 . 用铁砂制备尖晶石型铁氧体基微波吸收材料 苏天江 . 磁性吸波剂的制备与性能研究 车平 陈博 甘树才 . 铁氧体磁性材料应用的进展及合成 方法 • 邱 琴 张晏清 张 雄 . 尖晶石型纳米铁氧体的制备与吸 波性能
吸波性能检测
1）低频同轴线法
适用于30MHz~600MHz反射 率的测量。为了解决内导体的支 撑大多做成立式结构。其截面为 方形便于安放吸波材料，使用的 上限频率取决于方形同轴线内激 励出的高次模，为了获得高的测 量精度，长度不宜小与1 Om 。 同轴线测量法
吸波性能检测
2）拱形架法
适用于1 GHz~18GHz反射率的测 量，这是最常用的方法。可在不 同的入射角、不同极化方式下使 用:1)考虑到测试途径是远区， 应设计合适的拱形架尺寸;2)考 虑收发天线的互耦合及周围环境 的乱真反射，对其做些处理，如 加一些去耦吸波材料，也可采用 时域法。
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吸波材料的分类
1、按研究时期，可分为传统吸波材料和新型吸波材料
碳化硅吸波材料
碳纤维吸波材料
吸波材料的分类
2、按成型工艺和承载能力可分为涂覆型和结构型两类
涂覆型 涂料(如铁氧体)
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
贴片（塑料、橡 胶和陶瓷）
吸波材料的分类
3、按其工作原理不同，吸波材料可分为干涉型和吸收型两种
铁氧体材料的制备方法
2、液相法 液相法是生产各种氧化物微粒的最主要方法。其基本 原理是：选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制 备的材料成分配制成溶液，再选择一种合适的沉淀剂或用 蒸发、升华、水解等方法，使金属离子均匀沉淀或结晶出 来，最后将沉淀或结晶物脱水得到超微粉末。 1）水热法 2）低温燃烧合成法 3）溶胶-凝胶法 4）超临界流体干燥法 5）微乳液法 6）喷雾干燥法和喷雾热分解法
吸波材料的应用
军事隐形和反隐形 对抗和反对抗
推 广 人体安全防护、微波暗室、消除设备通讯 及导航系统的电磁干扰、安全信息保密、 改善整机性能、提高信噪比、电磁兼容， 以及波导或同轴吸收元件等许多方面
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吸波原理
• 电磁波在介质中传播时的物质方程：
D 0 E B 0 H
• 式中介电常数 • 磁导率
' j ''
吸波原理
• tan 介质损耗角正切 是表征吸波材料性能的另一重要参数，在实践中应用 也比较广泛。损耗取决于电导时，介质损耗角正切由复介 电常数决定 '' 传导电流密度 tan E ' 位移电流密度 • 同理 tan M / • 式中 E 为感应电场D相对于外加电场的滞后相位； M 为感应磁场B相对于外加磁场的滞后相位。 • 显然 tan 随 '' 和 '' 的增大而增大，材料的 '' 、 '' 和 tan 越大，材料的吸波性能越好
陶瓷系
碳化硅 碳化硅复合材料
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铁氧体吸波材料
但它具有较大的 密度和较低的居 里温度及高温稳 定性差等， 在高 温环境下和高频 段范围内它们的 吸波性能比较差 ， 限制了其在特定 环境中的广泛应 用。
铁氧体材料的吸波机制
铁氧体吸波材料既是磁介质又是电介质，它 具有磁吸收与电吸收两种功能，是性能极佳的吸 波材料。在低频段，铁氧体对电磁波的损耗主要 来源于磁滞效应、涡流效应及磁后效；在高频段， 铁氧体对电磁波的损耗则主要来源于自然共振损 耗、畴壁共振损耗及介电损耗。在X波段，一般认 为铁氧体吸波材料的磁损耗主要由自然共振和畴 壁共振产生，电损耗主要由固有电偶极子极化引 起。
铁氧体材料的制备方法
3、气相法 气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体， 使之在气态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程 中凝聚长大形成超微粒子的方法。此法在超微粉的制备技 术中占有重要的地位。利用此法可以制取纯度高、颗粒分 散性好、粒径分布窄、粒径小的超微粉。气相法主要分为 气体中蒸发法和气相化学反应法。 1）气体中蒸发法 2）气相化学反应法 3）溅射法 4）流动油面上真空沉积法
吸波性能检测
4)空间板平移测试法: 适用于O.SGHz以上频率反射 率测量。早期大多是采用 5λ X5λ 的金属板和待测的 吸波材料样品板平移产生空 间驻波来测量材料的反射率 。由于环境影响和样品尺寸 限制，驻波较差近年来很少 使用。 5)吸波材料的介质参数的 测试法:适用于30MHz~5GHz 频段内测量复数介电常数ε 、磁导率μ 和电导率σ 的间 接推算多层平板材料的反射 率。对角锥材料也可用等效 介质参数推算材料的反射率 。设备是一同轴测量线，可 填充吸波材料，从同轴测量 线两端口测量S参数。
1 M
1 E
E M 分别称为介质的极化率和磁化率
吸波原理
• 电场和磁场的偶合分量的比值，表示为
r 0 Z H r 0 这个值称为波阻抗。 • 在真空条件下 r r 1
E
( 2.
波阻抗 Z Z 0 0 / 0 120 Z 0 值为自由空间的波阻抗
铁氧体材料的吸波机制 1、自然共振损耗
由一般磁学理论，在不加稳恒磁场的情 况下，铁磁物质的磁化强度M在有效磁场Heff的作 用下，将围绕Heff作右旋进动，这种磁化强度的 进动将与周围环境相互作用而不断损失能量，这 等效于磁化强度M受到一个阻尼场的作用。在电磁 波在材料内部传输的情况下，自然共振时，为维 持进动，材料会不断地吸收电磁波能量，从而达 到衰减电磁波的目的。
吸波原理
• 物质方程中所包含的参数 和 表征着内部存在电磁场 的实际介质和相应材料的属性，它们是表征电磁波与材料 相互作用最重要的两个参数。 ' j '' • 和 分别分别代表吸波材料在电场或磁场作用下产生的 极化或磁化程度的变量 • 为在外加电场作用下，材料的电偶矩产生重排引起损耗 的量度 • 为在外加磁场作用下，材料磁偶矩产生重排引起损耗程 度的量度。 • 从这里也可以推知：能量损耗是由介电常数和磁导率的虚 部决定 的，因此，设计和制备吸波材料时必须充分考虑复 介电常数和复磁导率的影响因素。
吸波性能检测
吸波材料的反射率:是指相对于某一空间参考 点处平面波反射功率密度与入射功率密度之比， 通常用分贝表示，这是最关键的指标涉及到的相 关参数为:频率(频带)、可承受的功率密度、入射 角、入射面、等效反射系数、散射、极化和为拓 宽材料的设计而需要知道材料的介质参数。 吸波材料反射率的测量是最关键的测试，不 同的波段采用不同的方法。
铁氧体材料的吸波机制 3、介电损耗
在多晶和多元的复合铁氧体中，由于分子 中微观电荷分布的不均匀性及存在晶格空位，因 而可形成电矩较大的固有电偶极子。在微波场的 作用下，该种电偶极子在两个或两个以上的可能 平衡位置间发生平行或反平行的转向极化。
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铁氧体材料的制备方法
1、固相法 1）固相反应法 固相反应法是将金属盐或金属氧化物按一定的 比例充分混合，研磨后进行煅烧，发生固相反应后，直接 或再研磨得到超微粒子的一种制备方法。 近三十年来在此基础上发展了一种新的方法— —自蔓延高温合成法 2）机械化学合成法 此法是近年发展起来的。将初始原料粉末混合后， 在高能球磨机的作用下，将机械能传递给粉末，使粉末塑 性变形产生复合，并发生扩散和固相反应而合成铁氧体。
拱形架法
吸波性能检测
3）波导法
适用于1 GHz~18GHz反射率的测 量，这是最常用的方法。可在不 同的入射角、不同极化方式下使 用:1)考虑到测试途径是远区，应 设计合适的拱形架尺寸;2)考虑收 发天线的互耦合及周围环境的乱 真反射，对其做些处理，如加一 些去耦吸波材料，也可采用时域 法。
波导法
吸波材料的研究意义
• 电磁辐射分布在空中，潜伏于地下，能造成飞机、 轮船、车辆和电器、电子产品运行失常、失灵， 甚至被损坏，还会损害人类身体健康，导致人体 多种疾病的出现，并且不受时间、空间和国界的 约束，随时都可能向人类发起进攻。 • 科学家预言：电磁污染将成为2l世纪生态环境最 主要的物理污染，因此，治理电磁污染，寻找一 种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料， 已成为材料科学的一大课题。
铁氧体材料的吸波机制 2、畴壁共振损耗
当磁性材料受到交变磁场的作用时，畴壁将 因受到力的作用而在平衡位置附近振动。当外加 交变磁场的频率等于畴壁振动的固有频率时，发 生畴壁共振。由于畴壁振动与周围环境相互作用 会不断损失能量，因此，在内有电磁波传输的情 况下，畴壁共振时，材料将不断吸收电磁波能量 以维持畴壁的振动。
吸波材料的发展趋势
兼容化
复合化
智能化
要求隐身材料 具备宽频带吸 波特性，即用 同一种隐身材 料对抗多种波 段的电磁波源 的探测。
需要将多种材 料进行各种 形式的复合以 满足”薄、宽、 轻、强”等综 合性能。
智能型材料是 一种具有感知 功能、信息处 理功能、自我 指令并对信号 作出最佳响应 功能的材料。