手性吸波材料研究进展.doc

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1、手性吸波材料研究进展，摘要手性吸波材料是近年来发展起来具有良好吸波性能的隐身材料，它具有手性参数可调、吸波频带宽等优点。通过对材料手性参的调整，可以达到预期吸波效果，使吸波材料的制作更具有针对性。本文对手性吸波材料的吸波机理进行了阐述，综述了三种常见的手性吸波材料一一金属手性微体、螺旋炭纤维和手性导电聚合物的研究进展，并对其发展前景进行了展望。关键词手性吸波材料；手性参数；螺旋结构；吸波性能；综述分类号：TN972.44；TQ050.4文献标识码：A手性隐身材料是在20世纪80年代才开始研究的一种新型吸波材料，是-•种具有螺旋构造的各向同性电磁材料，

2、其特点是在电磁场的作用下会产生电场磁场的交叉极化山，而具有更好的吸波性能。与普通吸波材料相比，有两个优势：一调整手性参数比调整介电参数和磁导率容易，可以在较宽的频带上满足无反射要求；二是手性材料的频率敏感性比介电常数和磁导率小，容易实现宽频吸收⑵。因此手性材料在扩展吸波频带和低频吸波方面有很大的潜能。1989年laggard等⑶从理论上证明在一定条件下可以将手性介质制备成无发射吸波材料，引起了广泛的兴趣，近年来世界各国都有开展此项研究的课题。1994年VaradanV等⑷在无线电科学发表文章称：他们测定了手性复合材料在8-40GHz频段范閘内的手性参

3、数和电磁参数，迄今为止手性吸波材料经过大量的研究，已经取得了一些重耍的成果。1手性吸波材料的吸波机理乎性材料的吸波机理有两种说法：一种是手性物质通过其旋光色散性吸收电磁波能量，当电磁波通过手性材料时，电磁波的偏振将沿传播方向旋转，具椭圆偏振率将随着传播的距离而不断变化：赵东林等⑸通过对线圈状和麻花状2种典型螺旋手征炭纤维以及直线碳纳米管在8.2-12.4GHz的微波介电特性研究，发现螺旋炭纤维与微波作用时的手性特征是导致其介电损耗角正切增大、吸波增强的主耍原因；另一种说法是在于它独特的螺旋儿何结构，对于手性材料来说，其物质方程为D=£E+igB、H=

4、+i^E,其中E、D为电场强度和电感应强度,”基金项目：国家白然科学基金资助项目(20961007,21264011)；江西省青年科学家资助项目(2008DQ00620)；航空基金资助项目(2010ZF56023)H、B为磁场强度和磁感应强度，£和卩为介电常数和磁导率，g为手性参数⑹。对手性材料來说⑺，入射电磁波的电场不但能引起电极化，还能引起磁极化；同样磁场也能同时引起磁极化和电极化，这种电磁场的交叉极化是手性吸波材料的根木特点。螺旋结构引起电磁波交叉极化而产生电与磁的耦合，因而螺旋聚合物具有更好的吸收性能⑹。对丁厚度为d的手性吸波材料，Z=%ta

5、nh(iKd),r/c=〃/+讥，K心土观“+如+〃習⑹，即手性材料的吸波性能由£、卩、g这三个参数决定。手性吸波材料在某一电磁波频段，都存在一个吸波性能最好的g值。葛副鼎的研究⑻表明手性参数g的大小和手性微体的含量有关，含量越高，手性参数越大；对于一般的手性微体，手性参数最大时其螺距和半径比为0.23；对单层手性材料,在一定的范围内调整手性参数g的实部可以提高材料的吸波性能，调整E的虚部，可以调整其T作频率；而对双层材料来讲，手性参数E的实部会同时影材料的吸波性能和工作频率，€虚部的改变对吸波性能和工作频率均未有影响。针对不同物质、不同涂层的手性吸

6、波材料，通过调整具手性参数可以获得吸波性能更加优良、更具针对性的的隐身材料。2手性吸波材料研究现状现在研究得最多的手性微体主耍有金属手性微体、微螺旋炭纤维以及手性导电聚合物。2.1金属手性微体金属手性微体具有耐磨性、高弹性、良好的导电性和烧结性等优点，取材、制作工艺相对简单，也是较早研究的一种手性吸波材料。金属手性微体大多作为掺杂体掺入环氧树脂或石蜡等基底中。早在50年代Tmoco［91等就将金属铜丝绕成三匝螺旋圈使其具有了手性，从而发现了制作手性吸波材料最为简单的方法。1979年，Jaggard［⑹将随机取向的导体螺旋丝埋入普通电介质中，并给出了其

7、有效的电磁参数。1994年，Alfred和Karl〔⑴利用一种散射模型研究分析了螺旋体浓度、尺寸对手性材料性质的影响。SunG.C.g证实将铜螺线圈加入FesCU■聚苯胺复合体中，复合体的最佳衰减从・17.8dB提高到-25dBo章平［⑶选用细铜丝烧制出不同螺距、螺径、线径的铜螺旋体，对其吸波性能进行测试。测试结果表明在频率8.5-11.5GHz区间，螺旋体浓度对手性材料的手性参数和电磁参数都有明显的影响，浓度在1.6-3.2%时手性样品的吸波性能最佳。采用电导率不同的聚苯胺作为基底时，当频率大于10GHz时，手性参量§随基底电导率的增加而增大。表明

8、随着电导率的增高，加速了手性材料内部的电损耗，从而加大了电磁波的衰减，因此可以通过适当改变基底的电导率来调节