超常材料增强和调控微波吸收材料吸收特性分析

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1、硕t：学位论文附表索引表2．1电磁波谱的频段和波段⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11表2．2雷达波段的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12表5．1三种不同结构的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．39VIII硕十学位论文1．1引言第1章绪论随着电子技术的飞速发展，现代战争中各种军事目标面临着严峻的威胁，隐身技术作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，受到世界各国的高度重视。雷达是探测军事目标最可靠方法之一，未来战场上不具备雷达隐身功能的装

2、备及指挥系统将失去生存能力。因此，雷达隐身技术是隐身技术中的重中之重。雷达隐身技术的关键是降低目标的雷达散射面积，其技术途径主要有两条：一是通过目标的外形设计降低散射面积；二是应用微波吸收材料达到降低散射面积的目的。外形设计使目标的生产难度加大、生产成本增加。受气动因素的影响，许多目标还无法采用外形隐身，只能采用微波吸收材料来实现隐身【卜41。所以研究和开发高性能的微波吸收材料成为隐身技术领域中的重要课题。此外，随着通信、电子信息产业的飞速发展，电磁波辐射给环境带来的危害已经引起了人们的广泛关注。为了有效地抑制电

3、磁波的辐射、泄漏和干扰，改善电磁环境及降低电磁波辐射给人类带来的危害，微波吸收材料在诸如移动电话、电视机、微波炉、建筑等方面也有着广阔的应用前景。而计算机辐射引起的信息泄密以及现代战争中出现的第四维战场一电磁战中防信息泄密等也都需要使用微波吸收材料【5~91。美、法、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。日本用二氧化碳激光法研制出一种在厘米和毫米波段都有很好吸波性能的硅／碳／氮和硅／碳／氮／氧复合吸收材料。法国最近研制成功的钴、镍纳米材料与绝缘层构成的复合结构，由粘结剂和纳米级微屑填充材料组成，这种

4、由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率，其在O．1GHz～18GHz范围内∥’、∥“均大于6，与粘合剂复合后的涂层在50MHz～50GHz内具有良好的吸波性能。石墨在很早以前就被用来填充在飞机蒙皮的央层中吸收雷达波，近年来美国在石墨．树脂复合微波吸收材料的研究方面取得了很大进展，用纳米石墨作吸收剂制成的石墨．热塑性树脂复合材料和石墨环氧树脂复合材料，被称为“超黑粉’’纳米吸波材料，不仅对雷达波的吸收率大于99％，而且在低温下仍保持很好的韧性。国内关于微波吸收材料的研究具有代表性的是成都电子科技大学的纳米针形磁性

5、会属粉、多层纳米膜，青岛科技大学的手征和纳米磁性金属，哈尔滨工业大学的纳米亚单畴氮化铁固体超顺磁体，南京大学的FeB纳米晶合金，中科院物理研究所的包覆过渡金属的碳纳米管，国防科技大学的先驱体法硅／碳／氮纳米粉和纳米磁性纤维等。经过长期努力，目前国内在吸收剂方面的研究已取得了长足的发展，其中炭黑、铁氧体和羰基铁粉已达到实用或接近实用的水平，但是与国外超常材料增强和调控微波吸收材料吸收特件研究相比仍有明显差距，吸收剂性能上的不足直接限制了微波吸收材料研究和应用水平的提高。但是无论是国内外应用多年的炭黑、铁氧体、金属微

6、粉、多晶铁纤维，还是近年来发展的以纳米材料为代表的新型微波吸收剂，仍存在隐身频带窄、吸波能力不够强、涂层较厚而且面密度较大等问题。现代科技迅速发展，各种新材料及新的制备方法不断涌现，使新的隐身材料成为可能。近来也有不少科学家正在致力于研究利用频率选择表面(FSS)来提高吸波体的吸波率。频率选择表面由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的开孔单元构成，可通过其几何和物理参数调整频率响应特性，从而达到改善吸波体微波吸收性能的目的。与此同时，国内外不少科学家掀起了一股研究“超常材料”的热潮，“超常材料"是自然

7、界并不存在的通过电磁理论设计出来的人工材料，其具有独特的物理特性。我们根据超常材料(metamaterial)对电磁波独特的调控特性，创新性地提出利用超常材料来增强和调控吸波材料的微波吸收性能。1．2超常材料研究概述1．2．1超常材料基本概念超常材料是指自然界中并不存在，而是人们根据电磁场理论推导、计算、设计并且制备出来的，具有特殊电磁属性的人造媒质或人工复合电磁材料。它通常是由两种或两种以上的自然界物质(主要是金属和电介质)按照一定的规则组成。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的

8、限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。对超材料而言，极细小的图案结构和化学成分都会影响材料性能。这个非常类似于古罗马含有细小氯化金颗粒的红宝石玻璃。因为物理和化学作用，该材料能在不同角度提供不同的光学效果。在众多人工复合电磁材料的研究中，最具代表性的是光子晶体带隙(photoniccrystalband．gap，PBG)材料和左手材料(1eft．hande