2023年吸波材料现状和应用本人自己整理超经典.docx

吸波材料现状和应用——本人自己整理超经典 吸波材料的开展现状 一、 1.目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： 1.1按材料成型工艺和承载能力可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。 1.2按吸波原理 吸波材料又可分为吸收型和干预型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，根本类型有复磁导率与复介电常数根本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频〞吸收体和衰减外表电流的薄层吸收体；干预型那么是利用吸波层外表和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干预相消。 1.3按材料的损耗机理 吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 1.4按研究时期 可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等属于传统吸波材料，它们通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。其中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料研究较多，性能也较好。新型吸波材料包括纳米材料、手性材料、导电高聚物、多晶铁纤维及电路模拟吸波材料等，它们具有不同于传统吸波材料的吸波机理。其中纳米材料和多晶铁纤维是众多新型吸波材料中性能最好的2种。 2.无机吸波剂2.1铁系吸波剂2.1.1金属铁微粉 金属铁微粉吸波剂主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波，主要包括金属铁粉、铁合金粉、羰基铁粉等。金属铁微粉吸收剂具有较高的微波磁导率，温度稳定性好等优点，但是其抗氧化、抗酸碱能力差，介电常数大，频谱特性差，低频吸收性能较差，而且密度大。 2.1.2多晶铁纤维 多晶铁纤维具有很好的磁滞损耗、涡流损耗及较强的介电损耗，并且是良好的导体，在外界电场作用下，其内部自由电子发生振荡运动，产生振荡电流，将电磁波的能量转化成热能，从而削弱电磁波。 2.1.3铁氧体 铁氧体吸波材料是研究较多也较成熟的吸波材料。它的优点是吸收效率高、涂层薄、频带宽；缺乏之处是相对密度大，使部件增重，以至影响部件的整体性能，高频效应也不太理想。 2.2碳系吸波剂 2.2.1石墨、乙炔炭黑 据报道乙炔炭黑属介电型吸收剂，由于其粒径为纳米级，不仅能吸收电磁波，还能有效抑制红外辐射；石墨在二战期间就被用来充填在飞机蒙皮的夹层中吸收雷达波，由于其密度低，也常被用来充填在蜂窝夹层结构中。导电炭黑还被用来与高分子材料复合，调节高分子复合材料的导电率，到达吸波效果，但石墨、乙炔炭黑作为高温吸收剂的缺点是高温抗氧化性差。 2.2.2碳纤维 碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热所形成的纤维状碳材料，它是不完全的石墨结晶沿纤维轴向排列的物质，其碳含量为90%以上。随碳化温度的升高，碳纤维结构由乱层结构向三维石墨结构转化，层间距减小，电导率逐步增大，易形成雷达波的强反射体，如高温处理的石墨纤维。低温处理的碳纤维，结构疏松散乱，是电磁波的吸收体，是良导电性的电损耗材料。因此，只有经过特殊处理的碳纤维才能吸收雷达波。 2.2.3碳纳米管 在1991年发现碳纳米管（cnts）以来，众多研究者对它的纳米和微型器件的研究更加重视。碳纳米管作为导电物质，其特殊的物理和化学性能使得它广泛的被用作吸波材料。在用适量稀土氧化物改性，并与环氧树脂充分混和制成复合吸波材料后，碳纳米管的吸波性能可大幅提高。 2.3陶瓷系吸波剂 用于高速飞行器组件上的雷达吸波材料要承受长时间高温工作的特点，而陶瓷材料具有优良的力学性能和热物理性能，特别是耐高温、强度高、蠕变低、膨胀系数小、耐腐蚀性强和化学稳定性好，同时又具有吸波功能，能满足隐身的要求，因此已被广泛用作吸收剂。陶瓷吸波材料主要代表有碳化硅吸波材料、碳化硅复合吸波材料。 2.3.1碳化硅 在陶瓷吸波材料中，碳化硅是制作多波段吸波材料的主要组分，有实现轻质、薄层、宽频带和多频段吸收的可能，应用前景广阔。 2.3.2碳化硅复合材料 碳化硅-碳纤维材料综合了sic耐高温氧化和碳纤维的高强度与导电优点而成为一类新型陶瓷纤维材料，它的损耗效应综合了介电损耗和磁损耗，这是由于该纤维是以β-sic型微晶与自由状态的x（x可以是c、n、pe、ni、co、zr单独一种或同时多种元素）成混晶状态。通过聚碳硅烷与沥青共混纺丝，然后将其硫化使之成为热不熔化体，在n2气流下以200～250℃/h的升温速度加热至202300～1200℃，烧结一定时间，转化为sic-c纤维。这种纤维具有吸收雷达波的功能，经过与环氧树脂复合制成平板，衰减-2023db的频带宽度超过2023ghz。3有机物为主体吸波剂 3.1导电高分子类吸波材料 导电高分子是由具有共轭π键的高分子通过电化学或化学“掺杂〞使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料，其导电机理一般认为是掺杂导电高分子的载流 子是孤子、极化子和双极化子等。目前，导电聚合物型吸波涂层尚处于实验室研究阶段，单一的导电聚合物的吸波频率较窄，其吸波性能依赖于导电聚合物的主链结构、室温电导率、掺杂剂性质、微观形貌、涂层厚度、涂层结构等因素.提高材料的吸收率和展宽频带是导电高聚物吸波材料的研究与开展重点。 3.2视黄基席夫碱类吸波材料 视黄基席夫碱盐具有吸收无线电波的特异性能，在国防建设和军事领域都有非常重要的意义。1987年美国研制出一种非铁氧体基吸波材料，它就是由多种视黄基席夫碱盐组成的含双键的聚合物，其吸波性能良好，质量仅为铁氧体的1/2023，对雷达波的衰减可达80％以上，特定类型的视黄基席夫碱盐可吸收特定的雷达波波长，因此通过对这些特定的视黄基席夫碱盐进行搭配、组合，从而到达宽频的吸波效果。这一报道引起了人们对席夫碱研究的重视，为视黄基席夫碱的研究开辟了新的领域。 4其他吸波材料简介4.1等离子体吸波材料 等离子体隐身技术是20世纪60年代就开始探索，近几年才有新开展的新兴隐身技术，是利用等离子体回避探测系统的两种技术。目前产生隐身等离子体的方法主要有两种：一种是在飞机的特定部位（如强散射区）涂一层放射性同位素，对雷达波进行吸收；另一种是在低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活，电离形成等离子体。等离子隐形主要有两种形式：一种是等离子隐形涂料：以放射性同位素22023钋、90锶为原料，在高速飞行状态下，使飞行器外表在空气层电离时，形成一层等离子来吸收微波、红外线等其吸收性。能在1～20ghz范围内反射率可达-17db。 4.2手性吸波材料 手性材料是指与其镜像不存在几何对称性，且不能使用任何方法使其与镜像重合的材料。研究说明，具有手性结构的材料能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波，手性吸波材料是近年来开发的新型吸波材料。20世纪90年代初国内将手性吸波材料附于金属外表的试验结果说明：它与一般吸波材料相比，具有吸波频率高、吸收频带宽的优点，并可通过调节旋波参量来改善吸波特性。在提高吸收性能、扩展吸波带宽方面具有很大潜能。 4.3智能化吸波材料 智能材料是近年来开展起来的新型的高科技材料，它是将驱动件和传感件紧密融合在结构中，同时也将控制电路、逻辑电路、信号处理器、功率放大器等集成在结构中，通过机械、热、光、化学、电、磁等鼓励和控制，使智能材料不仅具有承受载荷的能力，还具有识别、分析、处理及控制等多种功能，并能进行数据的传输和多种参数的检测，而且还能动作，具有改变结构的应力分布、形状、电磁场、光学性能、化学性能等多种功能，从而使结构材料本身具有自诊断、自适应、自学习、自修复、自增值、自衰减等能力。智能材料这种能够根据外界环境变化调节自身的结构和性能，并对环境做出最正确响应为隐身材料的设计提供了一种全 新的思路和方法，使智能隐身目标的实现成为可能。 目前对吸波材料的研究方向主要集中在以下几个方面。 ⑴开展能强吸收的吸波材料。强吸收仍然是吸波材料追求的主要目标，它是吸波材料的最根本要求； ⑵开展能兼容米波、厘米波、毫米涉及红外光等多波段的宽频吸波材料；⑶开展质量轻、厚度薄不影响飞行器机动性能的吸波材料； ⑷开展具有耐高温、耐腐蚀等适应复杂环境的能力，并且具有较高的可维护性和较长使用寿命的吸波材料。 为到达上述目的，今后应加强以下几个方面的研究工作。（1）铁系吸波剂。如何在不显著影响电磁性能的前提下，与导电高分子材料复合制得复合吸波剂，并进行多层结构的设计，使其到达轻质、宽频和吸收强的特点；（2）碳系吸波剂。作为轻质吸波剂，其与强吸收性能材料的复合及其纳米化是其开展的主要方向； （3）陶瓷类吸波剂。作为耐高温、高强度吸波剂已越来越受到人们的注意，在保持其耐高温特性的前提下，与磁性金属、碳系吸波剂的复合、纳米陶瓷吸波剂的研究等将是吸波材料研究的主要方向； （4）导电高分子吸波剂作为新型轻质吸波剂将越来越受到人们地重视，就如何在一定导电情况下，促使其具有一定的磁性能，具有电磁损耗；加强与无机复合吸波材料的研究将是以后开展的重点； （5）迫切需要开发新型吸波材料以满足探测技术的开展对隐形物体的威胁。现阶段我们正在探讨一种新型的含双噻唑基、二茂铁基的席夫碱的电磁性能，通过对其电磁性能的研究来和隐身技术所需参数进行匹配，到达吸波效果。这对目前提出的吸波材料需要满足轻质的要求具有极大的应用价值。 二、1.铁氧体磁性吸波材料 铁氧体磁性吸波材料是一种复介质材料，对电磁波的吸收既有介电特性方面的极化效应又有磁损耗效应。具有吸收率高、涂层薄和频带宽等优点，被广泛应用于雷达吸波材料领域。铁氧体磁性吸波材料的缺乏之处是其复介电常数实部和复磁导率实部较小，密度大，饱和磁化强度低，居里温度低及高温稳定性差，因此应用范围受到限制。 2.金属微粉磁性吸波材料 通常所指的金属微粉的粒度为0.5～20μm。金属微粉吸波材料具有居里温度高、温度稳定性好、在磁性材料中磁化强度最高、微波磁导率较大、介电常数较高等优点，因此在吸波材料领域得到广泛应用。它主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等方式吸收电磁波。目前主要使用的金属微粉的尺寸通常是1～2023μm，对于金属微粉磁性吸波材料的研究主要集中在其合金及其化合物方面，并且取得了较好的效果。 虽然对于磁性金属微粉吸波性能的研究取得了较好的效果和应用，但是由 于磁性金属微粉的密度大，抗氧化、耐酸碱能力差，远不如铁氧体;磁性金属微粉的填充率不会很高，电阻率低，介电常数较高且频谱特性差、低频段吸收性能较差等原因，磁性金属微粉向纳米尺度和复合化的研究将会是今后的一个重要研究方向。 3.多晶金属纤维磁性吸波材料 多晶金属纤维磁性吸波材料的吸波机理是涡流损耗和磁滞损耗，此外它还是一种良导体，具有较强的介电损耗吸收性能，在外界交变电场的作用下，纤维内的电子产生振动，将电磁能局部转化为热能。多晶铁纤维具有独特的形状各向异性，可在很宽的频带内实现高吸收，质量比传统的金属微粉材料减轻40%～60%，克服了大多数磁性材料的严重缺陷。多晶铁纤维吸波材料具有重量轻、面密度小（可降至1.5～2kg/m2）、频带宽（4～18ghz）的优点，并且可以通过调节纤维的长度、直径、排列方式、分散剂的含量等调节材料的电磁参数。 4.纳米磁性吸波材料 纳米材料是指材料尺寸为纳米级（通