GHz铁氧体电磁波吸收材料的研究
铁氧体材料在电磁波吸收中的应用研究
铁氧体材料在电磁波吸收中的应用研究随着现代科技的不断发展，人们对电磁波的研究越来越深入。
电磁波有着广泛的应用领域，包括通信、医疗、工业等。
但同时，电磁波也会对人类健康和环境造成危害。
因此，在电磁波的研究中，如何有效地进行电磁波吸收是一个重要的研究方向。
近年来，铁氧体材料在电磁波吸收方面的研究受到了广泛关注。
铁氧体材料通常具有高饱和磁化强度、低矫顽力、高频响应等优良特性，因此被广泛应用于电磁波吸收、电磁屏蔽等领域。
铁氧体材料在电磁波吸收方面的机制比较复杂。
一般来说，铁氧体材料对电磁波的吸收主要包括三方面的机制：磁滞损耗、磁介质损耗和电导损耗。
其中，磁滞损耗是指在磁场作用下，材料内部磁矩的翻转过程中产生的磁能转化为热能的过程。
当外加交变磁场与材料内部自然磁场相互作用时，就会出现磁滞损耗，产生较强的电磁波吸收效果。
磁介质损耗是指在磁场作用下，材料内部电偶极矩的定向排列所带来的能量损失。
当外加交变磁场与材料内部电偶极矩相互作用时，就会出现磁介质损耗，也能带来一定的电磁波吸收效果。
电导损耗是指在外加交变电场作用下，材料内部产生的电流和电场相互作用引起的能量损耗。
一般来说，铁氧体材料的电导率很低，因此在电磁波吸收中的电导损耗并不是主要的机制。
基于以上三种机制，研究人员可以通过调控铁氧体材料的物理结构和化学成分来实现对电磁波的有效吸收。
例如，可以通过控制材料中的磁矩大小和磁滞损耗相关参数的优化来实现对特定频率电磁波的高吸收效果；可以通过控制材料内部微观结构和组分的调整来实现更宽波段的电磁波吸收覆盖范围。
除了基础研究方面的探索，铁氧体材料的电磁波吸收也在多个应用领域得到了广泛的应用。
例如在通信领域，铁氧体材料可以应用于天线、隔板等部件上，实现信号的隔离和抑制干扰；在电子装备防护方面，铁氧体材料可以用于制造各种形式的电磁屏蔽材料，防止电磁干扰对电子设备的影响。
总之，铁氧体材料在电磁波吸收方面具有广泛的应用前景和研究价值。
吸波材料的研究进展
吸波材料的研究进展摘要：吸波材料的研究是隐身技术发展的关键，吸波剂的好坏对于吸波材料的性能有很大的影响。
本文在对吸波材料以及其吸波原理进行介绍的基础上，大体阐述了有关吸波材料的研究进展，通过对几种常用的微波吸波剂的介绍，提出了未来吸波材料的发展将向着”薄、轻、宽、强”和耐腐蚀性等方面进行研究。
关键词：吸波材料吸波材料分类研究进展一、吸波材料的简介吸波材料是指能将投射在它表面的电磁波能量吸收并通过材料介质损耗转变为热能等其他形式的能量的一类材料，一般由基体材料（或粘结剂）与吸收介质（吸收剂）复合而成。
在工程上应用的吸波材料不仅在较宽频带内对电磁波的吸收率较高，还应该具备质量轻、耐高温、耐潮湿、抗化学腐蚀等特性。
一般情况下，吸波材料需要最大限度地使入射电磁波进入到吸波材料内部，从而减少电磁波的直接反射，即要求材料满足阻抗匹配；并且进入材料内的电磁波能迅速地被全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配[1]。
二、吸波材料的分类目前吸波材料分类较多，分类方法也有多种，现大致分为以下四种。
1.按材料成型工艺和承载能力，可分为涂型吸波材料和结构型吸波材料前者是将混合后的吸收剂（金属或合金粉末、铁氧体、导电纤维等）与粘合剂涂覆于目标表面形成吸波涂层，其具有操作方便，吸波性能好、工艺简单和容易调节等优点，广泛受到世界各国的重视。
后者是具有承载和吸波的双重功能通常将吸收剂分散在层状结构材料中，或是采用强度高、透波性能好的高聚物复合材料（如玻璃钢、芳纶纤维复合材料等）为面板，蜂窝状、波纹体或角锥体为夹芯的复合结构。
2.按吸波原理，吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类吸收型吸波材料通过本身对雷达波进行吸收损耗可分为复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变/宽频0吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体三种基本类型；干涉型吸波材料则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消，这类材料的缺点是吸收频带较窄。
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三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；电介质型吸波材料的机理为介质极化驰豫损耗，如钛酸钡之类；铁氧体、羟基铁等属于磁介质型吸波材料，它的损耗机理主要是铁磁共振吸收。
铁氧体吸波材料研究进展
铁氧体吸波材料的研究进展物理科学与技术学院凝聚态物理罗衡102211013摘要：铁氧体吸波材料是既具有磁吸收的磁介质又具有电吸收的电介质，是性能极佳的一类吸波材料。
本文对铁氧体吸波材料的工作原理、研究进展作了系统的介绍，并指出了铁氧体吸波材料的发展趋势。
关键词：铁氧体吸波材料研究进展0 引言近年来，随着电磁技术的快速发展，电磁波辐射也越来越多的充斥于我们的生活空间，电磁波辐射已成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。
如电磁波辐射产生的电磁干扰(EMI)不仅会影响各种电子设备的正常运行，而且对身体健康也有危害。
在军事高科技领域，随着世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强，陆，海、空各军兵种军事目标的生存力，突防能力日益受到严重威胁；作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段之一的隐身技术，正逐渐成为集陆、海、空、天、电、磁五位一体之立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术手段。
目前一般采用的手段是利用电磁屏蔽材料的技术，来进行抗电磁干扰和电磁兼容设计，但是屏蔽材料对电磁波有反射作用，可能造成二次电磁辐射污染和干扰，所以最好的解决办法是采用吸波材料技术，因为吸波材料可以将投射到它表面的电磁波能量吸收，并使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量消耗而不反射[1-3]。
用于隐身技术的雷达吸波材料已达十几种之多，与透波材料相比，吸波材料研究得更为成熟，其中应用较广的几类吸波材料有铁氧体、金属微粉、纳米吸波材料、导电高聚物和铁电吸波材料等。
在众多吸波材料中，磁性吸波材料具有明显优势，而且将是主要的研究对象。
磁性吸波材料主要包括铁氧体、超细金属粉、多晶铁纤维等几类。
其中金属吸收剂具有使用温度高、饱和磁化强度和磁损耗能力大等特点，但也存在一些自身的缺点：如频率展宽有一定难度，这主要是由于其磁损耗不够大，磁导率随频率的升高而降低比较慢的缘故；化学稳定性差；耐腐蚀性能不如铁氧体等[4]；而对于铁氧体来说，除了具有吸收强、吸收频带宽、成本低廉、制备工艺简单等优点外，还因为具有较好的频率特性(其相对磁导率较大，而相对介电常较小)，更适合制作匹配层，相对于高介电常数高磁导率的金属粉，在低频率拓宽频带方面，更具有良好的应用前景[5-8]。
新型电磁波吸收材料的设计与应用
新型电磁波吸收材料的设计与应用在当今科技飞速发展的时代，电磁波无处不在，从我们日常使用的手机、无线网络，到航空航天、国防军事等领域，电磁波的应用已经深入到生活的方方面面。
然而，电磁波也带来了一些问题，例如电磁干扰、电磁辐射对人体健康的影响等。
为了解决这些问题，新型电磁波吸收材料的研究和开发变得至关重要。
电磁波吸收材料的工作原理是通过将入射的电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，从而减少反射和透射的电磁波能量。
传统的电磁波吸收材料，如铁氧体、金属粉末等，虽然在一定程度上能够满足需求，但它们往往存在着重量大、吸收带宽窄、吸收性能不稳定等缺点。
因此，开发新型的电磁波吸收材料成为了当前研究的热点。
新型电磁波吸收材料的设计需要考虑多个因素。
首先是材料的电磁参数，包括介电常数和磁导率。
理想的电磁波吸收材料应该具有适中的介电常数和磁导率，以实现良好的阻抗匹配，从而使更多的电磁波能够进入材料内部并被吸收。
其次，材料的微观结构也对吸收性能有着重要的影响。
例如，具有多孔结构、纳米结构或多层结构的材料往往能够提供更多的电磁波散射和吸收路径，从而提高吸收效果。
此外，材料的化学成分和组成也是设计的关键因素之一。
通过选择合适的元素和化合物，并优化它们的比例，可以调节材料的电磁性能。
在众多新型电磁波吸收材料中，碳基材料因其独特的性能而备受关注。
碳纳米管和石墨烯具有优异的导电性和高比表面积，能够有效地与电磁波相互作用。
将它们与其他材料复合，可以制备出高性能的电磁波吸收材料。
例如，将石墨烯与磁性纳米粒子复合，可以同时利用石墨烯的电导损耗和磁性纳米粒子的磁损耗，提高吸收性能。
此外，金属有机框架（MOFs）衍生的碳材料也展现出了良好的电磁波吸收潜力。
MOFs 具有丰富的孔隙结构和可调节的化学成分，经过高温碳化处理后，可以得到具有特定结构和性能的碳材料。
除了碳基材料，磁性纳米材料也是新型电磁波吸收材料的重要组成部分。
磁性纳米粒子，如铁、钴、镍及其合金纳米粒子，具有较高的磁导率和磁损耗能力。
电磁波吸收材料的研究进展_陈雪刚
第26卷 第5期 无 机 材 料 学 报Vol. 26No. 52011年5月Journal of Inorganic Materials May, 2011收稿日期: 2010-08-12; 收到修改稿日期: 2010-10-29基金项目: 中央高等学校基本科研业务费专项基金 Fundamental Research Funds for the Central Universities作者简介: 陈雪刚(1983−), 男, 博士. E-mail: chenxg83@ 通讯联系人: 叶 瑛, 教授. E-mail: gsyeying@文章编号: 1000-324X(2011)05-0449-09 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.00449电磁波吸收材料的研究进展陈雪刚1, 叶 瑛1, 程继鹏2(1. 浙江大学 海洋科学与工程学系, 杭州310028; 2. 浙江大学 材料科学与工程学系, 杭州310027)摘 要: 吸波材料是武器装备的重要材料之一, 目前朝着“厚度薄、密度低、频段宽、吸收强”的方向发展. 本文综述了吸波材料的最新研究方法与进展, 并提出了现有研究中存在的不足及进一步研究的方向. 目前吸波材料的主要研究方向是制备纳米复合吸波材料, 对吸波材料进行表面改性或掺杂改性, 以及改变材料的微观形貌和结构设计等. 然而现有的研究集中在常规吸波材料上, 以摸索性的应用研究为主, 缺乏理论的指导和突破性的创新. 进一步的研究应以电磁波吸收理论为基础, 开发纳米复合吸波材料以及具有结构设计的纳米复合吸波材料, 并大力开展智能吸波材料与结构以及超材料吸波材料的研究与开发.关 键 词: 吸波材料; 铁氧体; 羰基铁; 碳纳米管; 纳米复合材料; 超材料; 综述中图分类号: TB34 文献标识码: ARecent Progress in Electromagnetic Wave AbsorbersCHEN Xue-Gang 1, YE Ying 1, CHENG Ji-Peng 2(1. Department of Ocean Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China; 2. Department of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Electromagnetic wave absorbers (EMWAs) (i.e. microwave wave absorbers) are important materials formilitary equipment. Ideal EMWA should exhibit thin matching thickness, low density, broad bandwidth, and strong EM absorption. The recent advances of EMWA were reviewed in this study, and the shortcomings in current studies and approaches for further researches were suggested. Recent researches on EMWAs are mainly focused on the preparation of nanocomposites, doping or surface modification, and changing the micro-morphology and structures of EMWA. However, these studies concentrated on traditional EMWAs and applied researches, which lack of theo-retical guidance and breakthrough innovations. Further investigations should pay more attention on the nanocom-posites and nanocomposites with structure designing under the guideline of electromagnetic wave theory. Moreover, smart materials and structures and metamaterials are promising EMWAs with excellent properties.Key words: electromagnetic wave absorber; ferrite; iron carbonyl; carbon nanotube; nanocomposites; metamate-rials; review电磁波吸波材料, 即吸波材料是武器装备的重要材料之一. 吸波材料可以大幅降低飞行器的雷达散射截面, 从而提高其生存防御能力和总体作战性能. 自20世纪60年代以来, 吸波材料受到了更多的关注, 成为各国军方研制的热点. 采用了吸波材料的军事装备在冷战期间和冷战后的局部战争如海湾战争、科索沃战争、伊拉克战争中大放异彩.吸波材料的分类方法较多, 根据成型工艺和承载能力, 可分为涂覆型和结构性吸波材料两种; 根据吸波机理, 可分为电损耗型、磁损耗型以及手性材料、纳米材料等其它损耗型吸波材料. 本文综述了这些吸波材料的最新研究进展, 并提出了目前吸波材料研究中存在的问题以及进一步的研究方向.1 吸波材料的工作原理吸波材料通过将电磁波转换为热能或其它形式的能量实现对入射电磁波的有效吸收. 在具体评价450无 机 材 料 学 报 第26卷吸波材料的吸波性能时, 需要同时考虑衰减特性和阻抗匹配特性[1-2]. 衰减特性是指尽量提高材料电磁参数的虚部以损耗更多的入射电磁波, 而阻抗匹配特性是指通过创造特殊的边界条件, 使入射电磁波在材料介质表面的反射最小而尽可能多地进入材料内部(如图1). 目前一般使用反射率R 以及R <−10 dB 的频宽来表示材料的吸波性能. 根据传输线理论, 电磁波由阻抗为Z 0的自由空间垂直入射到阻抗为Z 的介质材料表面时, 反射率R (dB)为:0020lg ||Z Z R Z Z −=+0Z ⎛=⎜⎜⎝Z Z =对于有限厚度的单层吸波介质, 采用以下公式进行波阻抗Z 的计算:Z Z =其中: ε0和μ0分别为自由空间的复介电常数和复磁导率; ε和μ分别为材料的相对复介电常数和复磁导率. f 为电磁波频率, d 为吸波层厚度, c 为光速.根据材料的吸波机理, 吸波材料一般可分为电损耗型、磁损耗型和其它损耗型等三种. 导电高聚图1 吸波材料的工作示意图Fig. 1 Sketch map of electromagnetic wave absorber物、石墨等导电性强的材料的吸波机理主要为电损耗, 包括导电损耗和介电损耗两部分, 主要来源于电子极化、原子极化、固有电偶极子取向极化和界面极化等. 电损耗型吸波材料一般具有密度低、强度高、耐高温等优点, 但其吸波性能较差、吸波频带较窄. 铁氧体、羰基铁、氮化铁等磁性材料的吸波机理主要为磁损耗, 磁损耗可分为涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗等三类. 磁损耗型吸波材料吸收强、频带宽, 但其最大的缺点是密度较大、稳定性较差(表1). 此外, 随着科技的发展, 还出现了手性材料、纳米材料和超材料等其它损耗型吸波材料.2 电损耗型吸波材料2.1 导电高聚物导电高聚物是具有π电子共轭体系的高聚物经化学或电化学掺杂后由绝缘体转变为导体的高聚物的总称. 目前普遍认为导电高聚物能够导电是因为导电高聚物经掺杂后其链结构上存在激发子, 激发子的存在和跃迁使其具有了导电性[3]. 导电高聚物的电导率可在绝缘体、半导体和金属态范围内变化, 当其电导率σ在10−4 ~1 S/m 之间时, 材料呈半导体特性, 具有良好的吸波性能[4]. Stein 等[3]研究了聚吡咯在1.0~2.0 GHz 范围内对电磁波的吸收性能, 发现其最高衰减可达−26 dB; 对聚苯胺和聚噻吩的吸波研究表明, 其对X 波段电磁波的反射率均在−10 dB 以下[5].导电高聚物作为吸波材料具有可分子设计和合成、密度低、力学性能好、组分易控制、导电率范围宽等优点. 然而, 单独的导电高聚物材料还存在吸波频段较窄、制备工艺要求严格、高温稳定性表1 吸波材料的分类及特征Table 1 Classification and characteristics of EMWAsCategoriesLow density Broad bandwidth Strong absorption High mechanicalperformanceLow cost Thermal and chemical stabilitiesConductive polymers √ × × √× ×Carbon √ × × √ √ √ Dielectric loss EMWAsSiC fibers √ × × √ × √ Ferrites× √ √ × √ × Iron carbonyl × √ √ × × × Magnetic lossEMWAsUltrafine metallicpowder × √ √ × × × Chiral materials √ × × − − − Plasma EMWA − √ √ − × − Nanomaterials √ √ √ √ × × Other EM-WAsHoneycomb EMWA√√√××−第5期陈雪刚, 等: 电磁波吸收材料的研究进展 451差和电磁吸收特性较低等缺点. 目前人们对导电高聚物的研究主要集中在导电高聚物的复合材料上. 例如, 将聚苯胺插层进入蒙脱石晶格内部[6], 形成聚苯胺/蒙脱石纳米复合物, 与纯聚苯胺相比, 聚苯胺/蒙脱石复合物的吸波性能更强.目前导电高聚物材料的吸波频带还较窄, 要实现其实用化, 还需通过研究其掺杂机理与方法、探索导电高聚物复合材料的最佳结构组成, 以满足吸波材料强吸收和宽频段的要求.2.2碳系吸收剂碳系吸收剂主要包括石墨和炭黑、实心碳纤维和中空碳纳米管等. 碳系吸收剂具有原料来源广泛、制备工艺简单、密度低、电导率高、吸附性能强等优点, 常被用作强吸收吸波材料的载体、多层吸波体的匹配层等.石墨和炭黑常被用来与高分子材料复合, 以调节高分子复合材料的导电率, 从而提高吸波效果; 复合材料的电导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[7].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, 具有密度低、强度大、热膨胀系数小等优点, 主要通过电损耗和电磁波在纤维之间的散射衰减入射电磁波. 目前单独应用于吸波材料的碳纤维主要是低温处理的短切碳纤维[8].碳纳米管是由碳原子组成, 似石墨原子层弯曲成管状结构的新型碳材料. 碳纳米管具有耐热、耐腐蚀、耐热冲击、传热和导电性好、高温强度高、密度低等优点. 由于碳纳米管具有高比表面积以及大量可以使界面极化的悬挂键, 加上其宏观量子隧道效应, 碳纳米管具有良好的吸波性能[9].然而由于碳系吸收剂的介电常数较大, 造成在单独使用时吸波层的阻抗匹配特性较差, 存在吸收频带窄、吸收性能弱等缺点. 目前一般将其与磁损耗型吸收剂如铁氧体、羰基铁、单质金属微粒等复合制成复合材料, 以达到低密度和强吸收的目的. 例如, 目前应用于吸波材料的碳纤维一般为表面包覆有金属涂层、无机非金属陶瓷涂层[11]或高分子涂层的碳纤维[12]或经掺杂改性的碳纤维[13]. 将碳与单质金属[14]和金属合金[15]复合后, 所得复合材料的吸波性能均优于单一使用时的性能. 由于碳纳米管的限域作用, 可以使碳管内的物质稳定化, 通过研究和开发碳纳米管包裹材料还可以得到高性能的吸波材料. 例如, 在2~18 GHz范围内, 5wt%填充率时, 包裹了Sn纳米晶的多壁碳纳米管(图2)的复介电常数和电损耗角正切都得到了显著的提高[10]. 在碳纳图2 MWCNTs (a)和Sn填充MWCNTs (b)的TEM照片; (c), (d)Sn填充MWCNTs的HRTEM照片[10]Fig. 2 TEM images of (a) raw MWCNTs and (b) Sn-filled MWCNTs; (c) and (d) HRTEM images of the Sn-filled MWCNTs[10]米管中包裹Fe后, 当填充率为20wt%时, 其介电常数下降, 而磁导率及磁损耗角正切得到有效的提高, R<−10 dB的带宽为2.9 GHz, 最低反射率为−31.7 dB[16]; 包裹了Fe的碳纳米管与铁氧体复合后, 其吸波性能大于单纯的铁氧体或碳纳米管, 当铁氧体浓度为60wt%时, 最低反射率可达−50.5 dB[17]. 此外, 碳纳米管包裹Ag、Er2O3、Co[18-19]、SiO2[20]等复合吸波材料也得到了研究与开发.2.3 SiCSiC吸波材料的应用形式多以SiC纤维为主. SiC纤维是国内外研制和生产的最重要的耐高温陶瓷吸波纤维, 具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗蠕变、低密度等特点. SiC纤维是一种宽带隙半导体, 其电阻率可调, 因而在多层吸波体中即可用作透波层, 又可用作损耗层.由于SiC纤维的电阻率可调、力学性能优异且耐高温, 前人对SiC纤维用于耐高温结构吸波材料进行了深入的研究. 目前通常采用表面改性、掺杂改性和高温处理等方法[21]调整SiC纤维的电阻率.SiC纤维具有密度小、耐高温性能好和吸收频带宽等优点, 但其较低的吸波效率限制了其在吸波材料领域的应用. 通过掺杂处理形成SiC复合材料可以有效地提高材料的吸波性能[22], 例如采用聚碳硅烷前驱体法制备的SiC/CNTs纳米复合材料[23]具452 无机材料学报第26卷有优异的吸波性能, 当聚碳硅烷的含量为15wt%时, 复合材料具有最高的介电常数和损耗角正切, R<−15 dB 的带宽可达11 GHz. 将Al掺杂进入SiC粉体中[24], 当Al的掺杂量为30%时, 材料在8.2~12.4 GHz具有最高的介电常数和介电损耗. 此外, 在SiC微粒外包覆一层Ni[25]后同样可以增强SiC的介电常数和介电损耗.3磁损耗型吸波材料传统的磁损耗型吸波材料主要包括铁氧体、羰基铁及多晶铁纤维、超细金属粉和氮化铁等. 这些磁损耗型吸波材料具有磁导率和磁损耗高、阻抗匹配特性好、吸波性能强等优点, 是最具有实际应用价值的吸波材料. 本节着重介绍铁氧体、羰基铁、超细金属粉以及其他磁性吸收剂的研究现状, 存在的不足以及发展方向.3.1铁氧体铁氧体具有价格低廉、制备工艺简单、吸波性能好等特点, 是目前研究较多且比较成熟的吸收剂. 铁氧体对电磁波的损耗同时包括介电损耗和磁损耗, 其中最主要的损耗机制为剩余损耗中的铁磁自然共振吸收[26]. 铁氧体吸波材料通常可分为立方晶系尖晶石型(AFe2O4)、稀土石榴石型(R3Fe5O12)和六角晶系磁铅石型(AFe12O19)等三种, 其中六角晶系铁氧体因具有片状的结构、较高的磁晶各向异性场H k 以及具有较高的自然共振频率f m, 成为优异的高频段微波吸收材料. 不同的六角晶系铁氧体具有不同的频率特性和温度稳定性, 其中M型和W型铁氧体的自然共振频率较高, 而Z型和M型的温度稳定性较好. Ba系M、W和Z型六角铁氧体是目前国内外研究较多的铁氧体吸收剂.铁氧体的吸波性能主要取决于其组分配方、制备工艺和形貌等. 研究发现, 改变Ba-M型铁氧体中掺杂物Ti和Mn的含量, 可以改变其μ", 从而在很大程度上达到阻抗匹配的目的[27]. 采用Co、Ti 取代部分Ba铁氧体[28], 可以破坏铁氧体的结晶过程, 从而影响其磁性能和吸波性能, 其在Ku波段R<−20 dB的带宽达2.5 GHz[29]. 在铁氧体中适量掺杂部分其它稀土元素如La、Ce、Nd、Sm或Dy等, 都可以提高铁氧体在高频段的吸波性能, 并拓宽其吸收频带[30-31]. 在制备工艺方面, Ni-Zn铁氧体的粒径及其对电磁波的反射率均随煅烧温度的升高而增大[32]. 而在形貌方面, Song等[33]研究了Mn-Zn铁氧体的粒径对其吸波性能的影响, 发现在2~18 GHz 其吸波性能随平均粒径的增大、匹配频率的降低而降低. Pullar等[34]采用Sol-Gel工艺制备了微米级的铁氧体纤维, 通过测量体积百分比为30%的磁参数, 得出磁导率实部为0~12, 虚部为0~6.由于铁氧体具有良好的频率特性, 磁导率较高、介电常数较小, 适合用作匹配层, 在低频段拓宽频带方面具有良好的应用前景. 然而铁氧体的温度稳定性较差、密度很高, 限制了其在隐身飞行器中的应用. 为了克服这些不足, 一般通过将铁氧体与碳材料、高分子和其它磁损耗吸收剂复合.将铁氧体与密度低、电损耗的碳材料或导电高聚物复合, 不仅可以大幅降低材料的密度, 还可拓宽其吸波频带, 提升吸波性能. Wu等[35]的研究表明, 将竹炭与铁氧体复合后材料呈现超顺磁性, 其吸波性能比单一的竹炭或铁氧体都要强. 采用聚苯胺(PANI)包覆铁氧体颗粒[36], 结果表明, PANI与铁氧体之间存在化学键合作用, 其吸波性能与被包覆铁氧体的含量关系密切, 当铁氧体的质量百分含量为15%时材料的吸波性能最佳.此外, 铁氧体还可与其它各种有助于增强其吸波性能或降低其密度的材料复合.将羰基铁与La1-x Sr x MnO3复合后, 其吸波涂层厚度小于达到同等吸波性能时羰基铁粉体的厚度, 厚度为0.8mm时最低反射率为−12.4 dB[37]. Chen等[38]制备了多孔的Fe3O4/Fe/SiO2纳米棒(图3), 这种材料是良好的电损耗与磁损耗的互补体, 可以作为性能良好的吸收剂. Tang等[39]制备了Fe掺杂ZnO包覆的Ba铁氧体复合材料, 结果表明ZnO层对复合材料的电磁参数具有重要的影响, 通过调节ZnO层可调整其微波吸收性能. 将α-Fe与Z型Ba铁氧体复合后[40], 由于形图3 多孔Fe3O4/Fe/SiO2纳米棒的TEM照片[38]Fig. 3 TEM images of (a) porous Fe3O4/Fe/SiO2 core/shell nanorods. The inset: products without SiO2 shells (b) a pore in the core/shell structures; (c) HRTEM image and the corre-sponding SAED pattern of the core[38]第5期陈雪刚, 等: 电磁波吸收材料的研究进展 453状各向异性和交换偏置, 其矫顽力高于α-Fe和Z型Ba铁氧体, 具有优异的吸波性能.3.2羰基铁羰基铁是一种典型的磁损耗型吸收剂, 具有磁损耗角大、吸波能力强等优点, 其主要通过热解五羰基铁(Fe(CO)5)制得, 是目前最为常用的雷达波吸收剂之一.然而在单独使用时, 羰基铁吸波材料也存在比重过高、匹配厚度大等缺点, 目前一般是将羰基铁制成复合吸波材料(如前所述)或多晶铁纤维[41]应用于吸波材料中. 多晶铁纤维以羰基铁单丝为主, 其电磁波损耗机理为涡流损耗、磁滞损耗和介电损耗, 在外界交变电场的作用下, 纤维内的电子产生振动将部分电磁能转化为热能从而达到衰减电磁波的目的. 多晶铁纤维具有密度小、频带宽、吸收性能强、斜入射特性好等优点, 通过调节纤维的长度、直径和排列方式等可以改变其电磁参数[42]. 多晶铁纤维表面的电阻率非常低, 使用时易在吸波涂层内部形成导电网络从而降低其吸波效率, 在实际应用中可以通过表面改性等处理提高其表面电阻率. 羰基铁吸波材料及多晶铁纤维在雷达波吸收方面具有广阔的应用前景.3.3超细金属粉超细金属粉是指粒径处于亚微米~纳米级别的单质金属或金属合金微粒, 主要通过磁滞损耗和涡流损耗等磁损耗机制衰减电磁波, 其透波性和吸波性能取决于其粒度[43]. 当金属微粉的粒度过大时(如超过30 μm), 由于金属表面的趋肤效应限制了电磁波进入其内部, 成为电磁波的强反射体. 而当金属微粒的粒径与电磁波的趋肤深度在一个数量级或不多于一个数量级时, 其吸收电磁波能量的效率最高.超细金属粉吸波材料具有密度小、居里温度高、热稳定性好、磁导率和介电常数大等优点, 得到了广泛的应用. 目前用作吸波材料的超细金属粉主要有Fe、Co、Ni及其复合金属粉如铁镍合金、钴镍合金等, 并集中在金属合金的掺杂与复合的研究上. CoFe纳米颗粒的磁导率实部μ'随粒径的减小而增大, R<−10 dB的频宽约6 GHz[44]. Wu等[45]研究了0.1~8.0 GHz范围内Fe90M10(M=Fe, Co, Ni, Si等)纳米合金粉末的电磁参数, 粉末的高频磁导率普遍优于传统的羰基铁和铁粉等材料. 对FeCo合金的研究表明, FeCo合金的磁导率随Co含量的下降而下降, 且2~3倍于尖晶石型铁氧体, 理论最低反射率可达−44.8 dB[46]. 通过化学气相冷凝和空气氧化处理制备的α-Fe(N)纳米颗粒[47], 在4~18 GHz范围内对电磁波的衰减可在20 dB以上, 是一种宽频带、强吸收的电磁波吸收剂. 对NiAg合金纳米颗粒的研究表明, 在金属镍中加入Ag后, 其微波吸收峰向低频移动, 同时出现了两个吸收峰[48]. 将30 nm的FeCo合金与15 nm的Y2O3复合, 在1~10 GHz范围内, 其电参数较小且稳定, R<−10 dB的频宽为5.4 GHz, 最低反射率达−43 dB[49].超细金属粉的最大缺点在于其抗氧化、耐酸碱能力差, 介电常数较大、频谱特性差, 制备技术难度大、成本高. 因此, 如何提高超细金属粉的抗氧化及抗腐蚀性以及降低介电常数是未来研究的重点. 3.4其它磁性吸收剂随着磁损耗型吸波材料由各向同性的球形颗粒向各向异性的纤维、薄膜方向发展, 由磁性不连续的颗粒、纤维向磁性连续的薄膜方向发展, 由磁性多晶结构向磁性非晶、纳米晶方向发展[50], 除了铁氧体与超细金属粉等磁性颗粒材料外, 其它磁性材料如氮化铁、磁性纤维、磁性薄膜等在吸波材料领域也得到了广泛的研究与应用.氮化铁是一种新型的磁性材料, 其中Fe4N的比饱和磁化强度为193 Am2/kg, 仅稍低于纯铁, 居里温度为767 K, 呈金属型导电[51]. 经钝化后的Fe4N 的化学稳定性优于铁粉. 从其磁性能和耐氧化性来看, Fe4N是一种潜在的优秀吸波材料, 如ε-Fe3N/Y2O3复合材料[52]的R<−20 dB吸收带宽为3.8 GHz, 在1.8 GHz最低反射率可达−55 dB.在磁性非晶材料方面, Malliavin等[53]研究了φ3~12 μm的钴基非晶磁性纤维, 发现其在1~18 GHz 范围内的本征磁导率虚部为0~200之间. 对非晶态合金-环氧复合物的吸波性能研究[50]发现, 降低非晶合金的粒径和含量可以提高响应频率并降低匹配厚度. 研究还发现, α-Fe/非晶C和Fe2B/非晶C[54]的μ"在1~9 GHz出现了一个宽峰, 两种非晶态复合材料在4~16 GHz范围内均具有良好的吸波性能.在磁性薄膜方面, 将软磁金属、氧化物等吸波材料溅射在有机薄膜上, 通过热处理后材料在高频范围内具有优异的吸波能力. 例如利用化学镀法在空心陶瓷基体上沉积Co和Co-Fe薄膜, 得到的吸波薄膜具有很强的吸波性能, 并可通过调节薄膜中Co 的含量改变吸波材料的吸收峰和频谱效应[55].4其它吸波材料4.1手性材料手性(Chiral)是指一个物体与其镜像不存在集454 无机材料学报第26卷合关系对称性, 且不能通过任何操作使物体与其镜像完全重合的现象. 目前一般认为, 手性材料能够减少入射电磁波的反射并利用其旋光色散性吸收电磁波[56]. 与其它吸波材料相比, 调整手性材料的手性参数ξ比调节介电常数ε和磁导率μ更容易; 手性材料的频率敏感性比介电常数和磁导率小, 易于拓宽频带[57]. 因此手性吸波材料具有吸收效率高、吸收频带宽、易实现阻抗匹配等优点, 并可通过调节旋波参量来改善其吸波特性.目前研究的手性吸波材料是在基体中掺杂手性物质形成的手性复合材料, 还未发现天然微波范围内的手性材料. Tretyakov等[58]从理论上计算了含单圈螺旋体的手性复合材料的电磁波吸收性能, 发现在1~12 GHz范围内材料的最大吸收率可达−35 dB. Sun等[59]在Fe3O4/聚苯胺复合体中加入手性体后, 样品的最低反射率从−17.8 dB下降到−25 dB. 目前手性材料在吸波领域中的应用还比较有限, 主要原因是其吸波机理尚不清楚. 因此, 对手性材料的吸波机理研究势在必行.4.2等离子体吸波材料和结构等离子体吸波材料和结构[60]是在飞行器上加载含有放射性元素的等离子体发生器; 与电磁波发生作用时, 等离子体发生器发生电离作用, 在飞行器表面产生离子云, 使电磁波被吸收或发生绕射, 从而达到隐身的目的. 这种吸波技术不仅解决了吸波涂层厚度和质量方面的局限性, 还具有适应频带宽、吸收率高、使用方便、有效时间长等优点. 然而其对人体有害的放射性元素限制了其应用.4.3蜂窝状吸波结构蜂窝状吸波结构[61]: 具有质量轻、适应复杂内外形、吸波频率高、使用方便、频率范围宽、密度小等优点, 是理想的雷达吸波结构复合材料. 蜂窝状吸波材料的最大缺点是机械性能较差, 难以应用到吸波涂层中.4.4电路模拟型吸波材料和结构电路模拟型吸波材料和结构(Circuit Analysis – RAMs, CA-RAMs)是在吸波材料中放置周期性金属条、栅或片构成的薄片而成, 具有宽频谱、强吸收、密度低等优点. 根据其吸波特性是否可调, 可分为主动式和被动式CA-RAMs[62]. 目前常见的CA-RAMs由氧化铟锡(ITO)和高聚物组成, 其吸波性能与ITO的方阻及其图案和几何尺寸具有很大的关系[63]. 目前人们对CA-RAMs的研究还处在探索阶段, 并朝着实用化的方向发展. 5新型吸波材料5.1智能吸波材料和结构智能材料和结构是指具有感知功能、信号处理功能和自我指令, 并对信号做出最佳响应功能的一种新型吸波材料. 由于智能材料和结构可根据环境变化调节自身结构和电磁特性并对环境做出最佳响应, 不仅可以提高飞行器的隐身性能, 还可增加功能, 降低重量, 为吸波材料的设计提供了新的思路. 目前研究中的智能材料和结构种类较多, 包括金属合金、碳纳米管等[64-65], 但其在吸波材料领域中的应用还较有限, 需要对其进行大力开发和研究. 5.2超材料吸波材料超材料是指具有超常物理性质的复合结构或材料, 目前研究中的超材料包括左手材料、光子晶体和超磁性材料等. 其中由于左手材料在一定频段下同时具有负的磁导率和介电常数, 而超磁性材料同时具有高的磁导率和介电常数, 其在吸波材料领域具有极佳的应用前景. 目前的理论研究表明超材料尤其是左手材料对微波具有极佳的电磁波吸收或屏蔽性能[66-67], 有待于深入开展其在吸波材料中的应用研究.5.3纳米吸波材料由于纳米材料的界面组元所占比例大, 表面原子比例高, 不饱和键和悬挂键多; 纳米材料的量子尺寸效应使电子能级分裂, 而分裂的能级间距正处于微波的能量范围; 磁性纳米粒子还具有较高矫顽力引起的磁滞损耗. 因此, 纳米材料具有极高的电磁波吸收性能, 兼具吸波频带宽、密度低、厚度薄、兼容性好等优点.目前人们对纳米吸波材料的研究主要集中在低维纳米材料和纳米复合材料上. 低维纳米材料是指一维(纳米线、纳米管等)或零维(纳米微粒)的纳米材料, 其比常规材料具有更强的吸波性能和更低的匹配厚度. 如Shi等[68]制备了空心的钴纳米链, 研究发现这种空心链状结构使得材料在微波范围内具有两个介电响应峰, 并在13~18 GHz范围呈现负磁导率. 将SiO2与吸波性能较差的ZnO复合后, 形成笼状纳米结构, 复合材料的吸波性能得到大幅提升[69].纳米复合材料也是吸波材料的研究热点之一. 目前单一类型的材料难以满足吸波材料的“厚度薄、频段宽、质量轻、吸收强”的需求, 因此可将多种材料进行复合以达到最佳效果. 目前纳米复合吸波材料的研究主要集中在铁氧体复合、碳材料复合和碳化硅复合等三个方面, 主要思路是通过复合电损耗。
吸波材料现状和应用整理超
吸波材料现状和应用整理超吸波材料是一种能够吸收入射电磁波能量的材料，广泛应用于电子、通信、雷达、医疗等领域。
下面将对吸波材料的现状和应用进行整理。
一、吸波材料的现状：1.传统吸波材料：传统吸波材料主要包括铁氧体吸波材料、碳基吸波材料和金属粉末吸波材料。
铁氧体吸波材料具有良好的吸波特性，但存在成本高、重量大的缺点。
碳基吸波材料在低频和高频段有较好的吸波性能，但在中频段表现一般。
金属粉末吸波材料具有宽频带吸波特性，但其吸波效果受到金属粉末颗粒尺寸和分布的影响。
2.新型吸波材料：近年来，随着纳米技术和复合材料技术的发展，新型吸波材料不断涌现。
例如，石墨烯、纳米颗粒、纳米线等材料的引入，使得吸波材料具备了更好的吸波性能和适应性。
此外，还有基于多孔介质和微波介质等新型吸波材料不断得到应用。
二、吸波材料的应用：1.电子和通信领域：吸波材料在电子和通信领域中广泛应用。
例如，在手机、电视、电脑等电子产品中，吸波材料可以减少电磁波对周围环境和其他电子设备的干扰。
在通信设施中，吸波材料可以减少因电磁波反射和散射引起的信号衰减和干扰，提高通信的稳定性和可靠性。
2.雷达领域：吸波材料在雷达系统中起到重要作用。
吸波材料可以减少雷达系统的回波信号，提高雷达系统的探测精度和隐形性能。
吸波材料在雷达系统中的应用包括雷达天线的吸波包覆、飞机和船只的外壳吸波涂层等。
3.医疗领域：吸波材料在医疗领域中也有应用。
例如，医学成像设备中的吸波材料可以减少周围环境的干扰，提高图像质量；医用射频治疗中的吸波材料可以减少射频波的反射和散射，增强治疗效果。
4.军事领域：吸波材料在军事领域中是一种重要的隐身材料。
吸波材料可以减少战机、舰船等装备的雷达反射截面，提高敌方雷达探测的难度和战略优势。
吸波材料在军事领域中的应用包括隐身战机的外表面吸波涂层、导弹的吸波翼盒等。
综上所述，吸波材料在各个领域的应用越来越广泛。
随着科技的不断发展，吸波材料的性能和适应性也在不断提高。
吸收电磁波的材料
吸收电磁波的材料电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的波动现象，它们在空间中传播并携带能量。
在现代社会中，我们所处的环境中充斥着各种电磁波，如无线电波、微波、红外线和可见光等。
然而，有些时候我们需要控制或减少电磁波的传播，这就需要使用一些特殊的材料来吸收电磁波。
吸收电磁波的材料是一种能够将电磁波转化为热能或其他形式能量的材料。
这些材料通常具有特定的结构和化学成分，能够有效地吸收特定频率范围内的电磁波。
吸收电磁波的材料在通信、电子设备、雷达、医疗设备等领域有着广泛的应用。
一种常见的吸收电磁波的材料是铁氧体材料。
铁氧体是一种由铁、氧和其他金属元素组成的化合物，具有良好的磁性和导电性。
铁氧体材料可以在微波频率范围内有效地吸收电磁波，并将其转化为热能。
这种材料通常用于制造微波吸收器、天线、隔离器等电磁波控制器件。
除了铁氧体材料，碳基材料也是一种常用的吸收电磁波的材料。
碳基材料具有良好的导电性和吸波性能，能够在广泛的频率范围内吸收电磁波。
碳基材料通常包括石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等，它们可以用于制造电磁屏蔽材料、防雷材料、电磁波吸收涂料等产品。
此外，金属材料也是一种常用的吸收电磁波的材料。
金属具有良好的导电性和反射性，能够有效地吸收和反射电磁波。
金属材料通常用于制造电磁波屏蔽材料、电磁波吸收涂料、电磁波隔离器件等产品。
除了上述材料，还有许多其他材料也具有吸收电磁波的能力，如磁性材料、多孔材料、复合材料等。
这些材料在吸收电磁波的机制和应用方面各有特点，可以根据具体的需求选择合适的材料进行应用。
总的来说，吸收电磁波的材料在现代科技领域中具有着重要的应用意义。
通过研究和开发吸收电磁波的材料，可以有效地控制和利用电磁波，为人类社会的发展和进步提供有力的支持。
随着科技的不断进步和发展，相信吸收电磁波的材料将会有更广泛的应用前景。
纳米铁氧体吸波材料
纳米铁氧体吸波材料应用
➢微波通讯
➢防电磁污染
➢防电磁干扰
➢高速CPU及高速信号线
纳米铁氧体吸波材料发展趋势
➢ 复合化：
纳米铁氧体吸波材料与其它纳米或微米吸波材料复合, 制
成纳米复合铁氧体吸波材料, 发挥各自的优势, 则能拓宽吸
收频带、提高吸波性能, 从而满足实际应用上对吸波材料“
薄、轻、宽、强”的要求。如铁磁性Mn一Zn，Ni一Zn铁氧
出 10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生
产和试验中很少被采纳。
➢化学共沉淀法
➢溶胶-凝胶法
➢水热合成法
➢微乳液法
溶胶-凝胶（S0l--Gel）法（最常用）
原
理
日本科学家Sugimoto 等于上世纪90 年代发展起来的一
种液相制备单分散金属氧化物颗粒的新工艺。
将金属有机或无机化合物经溶液制得溶胶，溶胶在一定
➢ 无机聚合物型
➢ 络合物型
➢ 溶胶一凝胶体系中组分
的扩散在纳米范围内，
易在温和的反应条件下
进行；
➢ 通过控制反应条件和各
组分的比率，可对材料
的电磁参数进行调整;
➢ 均匀度、纯度高(均匀性
可达分子或原子水平);
➢ 易实现均匀掺杂；
➢ 工艺简单，不需要昂贵
的设备等。
问
题
➢ 原料金属醇盐成本较高；
➢ 有机溶剂对人体有一定的
17GHz频率段的峰值吸收为－40dB，小于－
10dB的频宽为2GHz。
复合铁氧体纳米吸波剂不仅吸波性能优异，
而且还兼有抑制红外辐射等多种功能。
纳米铁氧体(Fe3O4)
纳米铁氧体吸波材料制备
物
理
法
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GHz铁氧体电磁波吸收材料的研究范学伟1 姚敏琪1 舒 扬1 王 倩1 张晓宁2(1 北矿磁材科技股份有限公司,北京 100067)(2 北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室,北京 100022)文 摘 鉴于民用吸波材料市场的日益增加,用传统粉末冶金的方法制备了铁氧体吸收剂粉体,并测定了其内禀磁性能和电磁参数。
采用吸收剂粉体与氯化聚乙烯复合的方法轧制出不同厚度的胶板,测定了10 MH z～1.8GH z电磁波吸收性能及厚度的影响,复合胶板在400MH z～1.8GH z频段显示良好的吸收性能。
降低吸收剂粉体的填充率有利于展宽频带,复合胶板在2GH z～10GH z频带的测试结果表明,反射系数小于-5dB的带宽达到3.6GH z,对应吸收率大于70%。
样品的吸波性能已经具有一定的实用性。
关键词 电磁波吸收材料,铁氧体,电磁参数,吸收性能Ferrite Electromagnetic Wave Absorbers in GH z RangeFan Xuewei1 Y ao Minqi1 Shu Y ang1 Wang Qian1 Zhang X iaoning2(1 BG RI M M Magnetic Materials and T echnology C o.,Ltd.,Beijing 100067)(2 K ey Lab.of Advanced Functional Materials of the S tate Education C ommission,Beijing P olytechnic University,Beijing 100022)Abstract With the increase of products for civil use,electromagnetic wave abs orber powders have been prepared through conventional powder metallurgy method.The intrinsic magnetic properties and the electromagnetic parameters of them are als o determined.C om posite materials from the powders and CPE are obtained to test their abs orbing properties, which are fairly g ood in the400MH z to1.8GH z range.It is helpful for reducing abs orber content to widen frequency range.The abs orption rate of this com posite material exceeds70%in the3.6GH z frequency range width.An abs orption efficiency of sam ples has shown s ome certain practicability.K ey w ords Electromagnetic wave abs orber,Ferrite,Electromagnetic parameter,Abs orption efficiency1 引言始于二战期间[1]的军事隐身目的的电磁波吸波材料,在电子信息技术飞速发展的今天,重新吸引了人们的注意力。
由于可以获得更高的传输速率,使用GH z范围频率的电磁波进行数据传输增长得很快。
例如,移动通信和局域网(LAN)系统就使用1 GH z～5GH z的电磁波[2];M D-80民航机机身上有20个天线,用于通信、导航、雷达等系统,其分别的工作频谱范围从10kH z直至9.2GH z[3]。
然而,由此引发的电磁干扰(E MI)问题也日趋严重,最直接解决问题的办法之一就是利用吸波材料,使有害电磁波转化为热能被消解。
随着中国加入WT O后面临的世界范围的电磁兼容(E MC)标准的强制实施,以及人们对居住所处的电磁环境的高度关注,吸波材料在民用方面,如防止高层建筑物反射电磁波引起的电视重影[4]、E MC暗室以及解决高频设备引起的设备内部和设备之间的干扰等方面[5]具有广泛的应用前景。
收稿日期:2003-06-30;修回日期:2003-08-18范学伟,1973年出生,博士,从事永磁材料及吸波材料的研究开发工作 由于电磁波吸收材料或多或少地涉及到隐身等军事敏感领域,因此吸收剂的配方属于保密范畴。
鉴于民用方面对吸波材料产品的需求日益增加,以及民用设备的高频化发展趋势的加速,有必要开发出针对不同波段的吸收材料。
本文在自行研制出吸收剂粉体后,用工业设备及工艺对其进行了产品化,并在频带展宽方面也进行了一些有益的尝试。
2 实验2.1 吸收剂粉体的制备如图1所示,将配好的原料在球磨机中湿磨1h ,料浆烘干经分散后加入适量的水,人工制成直径约6mm ～7mm 的小球,在空气中用硅碳棒加热的箱式电阻炉以900℃～1300℃预烧,破碎并调整成合适的粒度后低温回火即得到铁氧体吸收剂粉体。
图1 吸收剂粉体的制备Fig.1 Preparation of abs orbing powder2.2 试样的制备随频段的不同,实验样品的形状和尺寸有所变化。
2.2.1 小于2GH z磁导率样品为外径×壁厚×高度=6.98mm ×1.97mm ×2.62mm 的小环,吸收剂粉体用环氧树脂粘结,粉体∶树脂=98∶2(质量分数),在WE -10A 液压式万能试验机上压制后低温固化得到。
介电常数样品为直径大于15mm 的氯化聚乙烯(CPE )复合薄片;反射系数试样为直径115mm 的CPE 复合胶板,吸收剂粉体的质量分数为90%,均通过SK -160B 双辊筒炼塑机开炼,在C33150双辊轧膜机上精整到需要的厚度。
2.2.2 大于2GH z电磁参数和反射系数试样均为CPE 复合胶板,前者的厚度为1.5mm ～2mm ,长、宽随波段改变;后者长×宽=180mm ×180mm ,厚度可变;粉体的质量分数为65%,制备方法同小于2GH z 的。
2.3 测试设备粉体的内禀磁性能由LD J9500型振动样品磁强计(VS M )测得。
试样小于2GH z 的磁导率和介电常数在Agilent 4396B 阻抗分析仪上测得,反射系数在Agilent 4396B 网络分析仪(带Agilent85046A S -端口)上测得;试样大于2GH z 的磁导率和介电常数在HP8722ES 矢量网络分析仪上测试,反射系数用雷达吸波材料弓形法反射率扫频测试系统测得。
3 结果与讨论3.1 内禀磁性能、磁导率及介电常数吸收剂粉体的内禀磁性能、磁导率和介电常数的测试结果分别如表1、图2和图3所示。
表1 吸收剂粉体的内禀磁性能1)T ab.1 VSM properties of an absorbing powder材料比饱和磁化强度σs /A ・m 2・kg 21剩余比磁化强度σr /A ・m 2・kg 21矫顽力H cj /kA ・m 211R3-260.902.811.59 注:1)测试时最大外加磁场H ex (max )=1591.55kA/m 。
图2 10MH z ～1.8G H z 树脂粘结环的磁导率Fig.2 Permeability of toroidally shaped ferrite bonded byresin at 10MH z to 1.8G H z图3 10MH z ～1G H z 厚2.71mm 胶板的介电常数Fig.3 Permittivity of a composite material with a 2.71mmthickness at 10MH z to 1G H z从表1所示的内禀磁性能看,该吸收剂粉体具有较为明显的软磁材料的特征,剩余比磁化强度和矫顽力的值都很低。
在图2所测频率范围内,吸收剂粘结环的磁导率频谱呈现较为典型的铁氧体磁谱[6]:磁导率实部随频率升高从19.20减小到1.05;虚部从10MH z 的9.16下降到约37MH z 的5.64,后随频率升高上升至314MH z 的7.46,之后随频率升高缓慢下降;337MH z ～1.8GH z ,磁导率虚部值超过实部。
在所用测试设备的频率上限(1.8GH z )处的磁导率虚部仍然保持在大于3这样的较高值。
图3结果表明,除了100MH z 以下ε′r 和ε″r 有小幅震荡之外,在100MH z ～600MH z 介电常数的实部和虚部也分别维持在10～12、0～2之间的一个相对稳定值;超过600MH z 后,实部和虚部分别有小幅下降和上升,但也基本上保持在前述数值范围内。
对于铁氧体来说,介电损耗对于吸收作用的贡献主要来源于固有电偶极子极化和界面极化[7],但是作用有限。
3.2 吸收性能不同厚度的CPE 复合样品(1R3-2,吸收剂粉体的质量分数为90%)10MH z ～1.8GH z 的反射损耗(R.L.)如图4所示,其中厚(t )为10.34mm 样品是将t 7.63mm 和t 2.71mm 样品叠加得来的。
作为比较,t 6.61mm 烧结标样SS 的吸收特性也在图中给出。
ST D 为设备的校准曲线。
对于较厚的两个CPE 复合样品,500MH z ～1.8GH z 的吸收性能在总体上优于烧结样SS ;t 为2.71mm 复合样在1.2GH z ～1.4GH z 之间显示了超过-20dB 的吸收性能。
随着复合样品厚度的变薄:t 10.34mm 、t 7.63mm 、t 2.71mm ,最大吸收分别发生在675MH z 、900MH z 和1.30GH z ,产生了吸收峰向高频端的漂移,这与铁氧体材料的厚度匹配特性密切相关。
与内藤喜之[8]的匹配厚度d m 同匹配频率f m 成反比的公式完全一致d m ≈V c /(2πf m μ″r )式中,V c 为真空中的光速。
从图4中还可以看出,发生较明显吸收(如-5dB )的频率随样品厚度的增加移向低频端,从最薄的t 2.71mm 到t 7.63mm ,再到最厚的t 10.34mm 样品,该点频率分别为531MH z 、432MH z 、396MH z ,估计也与铁氧体材料的厚度匹配特性有关系。
而烧结样品SS 仅在225MH z 处即达到-5dB 的吸收效果,而且在225MH z ～1.8GH z 如此宽的频率范围均稳定在-5dB ～-10dB 之间,与SS 厚度较为接近的t 7.63mm 粘结样品的吸收特性曲线甚为相似。