低频段吸波材料之制作及电磁特性概述

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1、低频段吸波材料之制作及电磁特性概述1绪论1.1课题背景及意义近年来，随着电子通讯技术的快速发展，移动通讯、无线网络、个人数字助理以及其他通信设备的日益普及，电磁波干扰和污染日趋严重，对经济造成的损失及对人体、生物体造成的危害呈快速上升趋势，被称为世界第四大公害[1~4]。仅1998年全世界电子电气设备由于电磁干扰发生故障造成的经济损失高达5亿美元以上[5]。同时，在军事领域随着电子对抗技术的不断发展，如何使我方目标不被敌方发现或是缩短有效发现距离，隐身技术是解决这个问题的一种有效手段，并与激光、巡航导弹并称为当今军事技术的三大革命[6

2、]。因此研究电磁屏蔽技术和电磁波吸收材料无论是在民用工业还是在国防工业方面都具有十分重要的意义[7]。吸波材料是将电磁波吸收，而透射、反射和散射都很小的功能材料，其基本原理是将大量进入吸波材料内部的电磁波衰减转化为热能而散化掉[8]。入射的电磁波只有当材料的波阻抗与自由空间的波阻抗匹配或者接近匹配时，才能完全进入或较多地进入材料内部。当电磁波进入材料后，材料对电磁波的吸收由其电磁性能决定。吸波性能与材料的电磁参数、厚度和使用频率有关。在使用频率和厚度相同的条件下，可以通过改变材料中各组分的比例，改变等效电磁参数，寻求最佳配比，进而提高

3、材料的吸波性能[9,10]。现代吸波材料正朝着介电和磁性复合材料方向发展，因为通过复合既可以保持两组分的优点，又可以调节材料的电磁参数，改进匹配和吸收效果，拓宽吸收频带，减小材料密度，减少吸收层厚度，改善吸收效率，提高综合性能[11,12]，满足吸波涂层薄、宽、轻、强的需求[13]。与西方的先进国家相比，我国对吸波材料的研究在某些方面已经取得了很大的进展，例如在6~18GHz波段的研究取得了一定的突破，有些材料已进入应用阶段，而在2~6GHz频段所使用的薄型吸波材料尚待开发研究[14]。因此，本论文旨在将介电和磁性材料复合，通过设计两

4、组分的配比，调整材料的电磁参数，制备出性能优异的低频段0~6GHz的复合吸波材料。1.2吸波材料的分类按材料损耗机理，吸波材料可分为电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型三类。电阻损耗型吸波材料主要通过与电场的相互作用来吸收电磁波，其损耗能力与材料的导电率有关，即导电率越大，载流子引起的宏观电流(包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流)越大，从而越有利于电磁能转化为热能。介电损耗型吸波材料是通过介质的极化弛豫损耗和欧姆损耗来损耗电磁波，其主要特点为具有介电常数和介电损耗角正切值高，重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度

5、大，难以做到薄层宽频吸收。磁损耗型吸波材料主要通过介质的磁滞损耗、涡流损耗、磁后效、自然共振以及畴壁共振作用等来吸收电磁波，主要的性能参数为材料的复磁导率和磁损耗角正切，其主要特点是吸收强、频带宽,但其最大的缺点是密度较大、稳定性较差，因而降低重量是亟待解决的重要问题。碳系吸波材料具有原料广泛、制备工艺简单、密度低、电导率高、吸附性能强、温度稳定性好等优点,常被用作强吸收吸波材料的载体、多层吸波体的匹配层等。主要包括石墨、炭黑、实心碳纤维和中空碳纳米管等。石墨和炭黑常被用作与导电类高分子材料复合，通过调节复合物的导电率，而改善其吸波性

6、能。复合材料的导电率随炭黑和石墨浓度的增高而增大，在X和Ku波段具有良好的吸波性能[33]。段玉平等[34]制备出单层非连续体平板吸波材料炭黑/丙烯睛-丁二烯-苯乙烯，得出当吸收厚度为20mm，反射损耗在8-18GHz频段时，反射率优于-15dB。碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体加热而成的纤维状碳材料。它是结构型吸波材料中一种最常用的增强纤维，相对于其它吸波材料，它具有热传导率高、高温强度大、耐蚀、抗氧化、密度低、热膨胀系数小等特点。但由于其导电率高，趋肤效应显著，并且在基体中容易团聚，不容易分散，因而单一的碳纤维不是理想的吸波材料，

7、需要通过对其进行改性来提高吸波性能。2Fe3O4-SrFe12O19复合吸波材料制备及性能Fe3O4是尖晶石型铁氧体的代表，是双复介质，在电磁场作用下，对电磁波的损耗包括欧姆损耗、离子和电子共振损耗、极化损耗、畴壁共振损耗、自然共振损耗和交换共振损耗，因此是一种优良的吸波材料。但由于传统的Fe3O4，难以同时满足新型吸波材料薄、轻、宽、强的要求，因此可通过制备纳米Fe3O4粒子或将其与其它材料复合组成复合吸收材料，可调节电磁参数，提高材料的吸波性能。由于纳米粒子表面原子比例高，悬挂键多，大量悬挂键的存在会增加界面极化，高的比表面积可以

8、造成多重散射，这些特定的极化和散射可以增加吸波材料对电磁波的吸收。纳米Fe3O4的制备方法有共沉淀法[1]、溶胶-凝胶法[2]、水热法[3]、微波法[4]等。其中，共沉淀法具有操作简单，成本低廉，产物形貌结构和性能可控等