吸波材料

吸波材料

姓名：王丽君

学院：纺织与材料工程学院

专业：材料工程

科目：材料表面与界面工程技术学号：13208520403408

吸波材料

摘要：介绍了吸波材料的吸波原理和吸波材料的分类，以及几种新型吸波材料，如铁氧体吸波材料，纳米吸波材料、手性材料、导电高分子吸波材料，耐高温陶瓷材料，并简单介绍了纳米复合材料的制备方法。

关键词：吸波材料；吸波原理；新型吸波材料；纳米复合材料的制备

信息化战争中，武器平台的高度信息化和电子化，使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。它们除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外，其一举一动还处于红外、雷达、激光等探测器的严密监视之下，使其生存能力和战斗能力面临极大挑战，这样其隐身性能就显得尤为重要。

隐身技术主要涉及材料隐身和结构隐身两大方面。前者是使用吸波材料或涂料；后者是合理地设计武器外形，以提高隐蔽性。再此，不得不提及吸波材料。

1、吸波材料的吸波原理

吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。由于各类材料的化学成分和微观结构不同,吸波机理也不尽相同。材料吸收电磁波的基本条件是：①电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；②进入材料内的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配。

2、吸波材料的分类

目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种：

(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。前者是将吸收剂(金属或合金粉末、铁氧体、导电纤维等)与粘合剂混合后，涂覆于目标表面形成吸波涂层；后者是具有承载和吸波的双重功能,通常是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。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型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。

(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。

(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。

3、新型吸波材料

(1) 铁氧体吸波材料

铁氧体材料是研究较多也比较成熟的吸波材料。这类材料在高频下有较高的磁导率，而且电阻率也很大，电磁波易于进入并快速衰减，被广泛的应用于雷达吸波材料领域中。近期研究报道集中在六角晶系铁氧体材料。目前，钡系M、W 型六角晶系铁氧体材料研究开展较多。国内水平在8～18 GHz 频率范围内，全频段吸收率为10 dB ，面密度为5kgPm2 ，厚度为2mm。日本研制出一种有阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的双层结构宽频带高效吸波材料，可吸收1～2 GHz 的雷达波，吸收率为20 dB ，这是迄今为止最好的吸波涂料。

(2) 纳米吸波材料

纳米材料独特的结构使其自身具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应，导致它产生许多特异性能。独特的结构性能使纳米材料具有良好的吸波特性，同时兼有宽频带、兼容性好、质量好和厚度薄等特点。美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代吸波材料加以研究和探索。据报道，法国最近宣布研制成功一种宽频带雷达吸波材料涂层—纳米CoNi 超微粉，该材料复磁导率，在0. 1～18 GHz 频段内，均大于6 ，大大超过金属微粉磁导率理论值3 的限制；美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料，对雷达波的吸收率大于99 %。磁性纳米颗粒、纳米颗粒膜和多层膜是纳米材料作隐身材料的主要形式。

(3) 导电高分子吸波材料

导电高分子吸波涂料主要是利用某些具有共轭主链的高分子聚合物，通过化学或电化学方法与掺杂剂进行电荷转移作用来设计其导电结构,实现阻抗匹配和电磁损耗，从而吸收雷达波。如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等都属于导电高分子吸波涂料。国内也研制出一种透明吸波材料，就是一种能导电的高分子聚合物聚苯胺和氰酸盐晶须的混合，悬浮在聚氨酯或其他聚合物基体中，这种材料可以喷涂，也可以与复合材料组成层合材料。

(4) 耐高温陶瓷材料

当环境温度高于居里点温度时，铁磁性材料的磁性将消失，通常采用羰基铁种类作为吸收剂的雷达吸波材料的吸收性能大大降低。为满足武器装备高温部件隐身化的需求，出现了高温及温度冲击的吸波材料及吸收剂，如以SiC 为其核心的耐高温陶瓷吸波材料、耐高温陶瓷泡沫、SiC 纤维等。SiC 是制作多波段吸收材料的主要组分，有可能实现轻质、薄层、宽频带和多频段，有应用前景。

4、纳米复合材料的制备

4. 1无机复合粒子制备

(1) 共沉淀法

在含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，将所有粒子完全沉淀的方法称为共沉淀法。该法用于金属离子与沉淀剂在溶液中进行沉淀反应，后高温下煅烧，得所需产物。该法工艺简单、经济，但易引入杂质，形成的沉淀成胶状体，难以过滤和洗涤。

(2) 喷雾干燥法

将金属盐水溶液送入熔化器，由喷嘴高速喷入干燥室，获得金属盐的微粒子收集后进行熔烧，得到所需的超微粒子。铁氧体的超细微粒可采用此法制备。

(3) 有机树脂法

把定量的硝酸铁溶解在蒸馏水中，加入浓缩的氨液，水洗沉淀物至中性，再溶解在浓缩的柠檬酸溶液中，进行适当加热，根据特殊六角晶系钡锶铁氧体化学计量比的要求，添加适量的过滤金属和碱土金属氧化物或碳酸盐。柠檬酸具有强的络合性，较短时间形成均一溶液，添加百分之几的乙二醇溶液慢慢的蒸发，直至形成颗粒大的剩余物，使之固化、处理。该法特点在于：可以用来合成出任何组分的六角晶系的铁氧体。

(4) 沉淀法制备无机包覆粒子

无机的固体核—壳复合粒子可由表面反应和沉积于特定性能粒子上的沉积方法来制备。在早期的研究中，为了克服金、银等玻璃态的不溶性，首先将纳米金絮凝于溶于水的SiO2 胶束上，再让复合粒子在乙醇中生长，这样就可以在金粒子表面形成SiO2包覆层。有时，为了使金属离子分散,在包覆无机层之间进行表面化学处理。

4. 2有机—无机复合微粒的制备和结构

(1) 机械化学法

机械化学改性实质上是将在常温下互无粘性，也不发生化学反应的 2 种超细粉体，通过外加的机械力，使一种较细的超细颗粒均匀的分布在另一种较粗的颗粒上，并使颗粒间发生化学作用,增加其结合力。

(2) 溶胶—凝胶法

Sol—gel 法是一种用金属烷氧化物或金属无机盐等前驱体在一定的条件下水解或溶胶，缩聚成凝胶，再经溶剂挥发或加热等方法处理而制成固体样品的方法。

(3) 嵌入法

嵌入法是将客体嵌入到层状结构的主体中去的复合方法。它包括①将有机单体分散到无机介质中，然后引发单体进行原位聚合反应，有机高分子嵌入无机片层结构中，如尼龙6P粘土纳米复合材料；②将高聚物直接嵌入到片层结构的无机主体中去，如果主体结构可以制备成胶体溶液，如层状主体剥离后产生单片胶体,则剥离P吸收工艺被证明可以在室温下成功的制备含有大量层状固体和可溶性高聚体的纳米复合材料，在制备多性能材料领域，嵌入法提供了一种可替代Sol—gel 的方法。苯胺、吡咯、呋喃、噻吩等很容易嵌入到层状无机物夹层间，在氧化剂作用下，发生原位氧化聚合反应，形成结构规整的有机—无机导电材料。