吸波材料研究进展

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1、吸波材料研究进展黄涛黄英贺金瑞(西北工业大学西安710072)摘要：本文对新型隐身材料的研究现状进行了综述。重点介绍了纳米技术和计算机辅助设计技术，同时对等离子技术、仿生学技术等最前沿的技术在隐身材料领域的应用及隐身材料的发展进行了展望。关键词：隐身技术吸波材料纳米材料手征材料计算机辅助设计隐身技术始于第二次世界大战。作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，已被当今世界各国视为重点开发的军事高新技术，尤其是随着雷达探测技术的发展，原有的隐身技术面临着很大的挑战，迫切需要厚度薄、质量轻、频带宽、多功能的新型隐身材料。美国国防部更

2、是把这一要求列为重点发展计划。近年来，随着多学科的交叉研究，吸波材料在材料的选择上有了更大的空间，特别是与具有不同特性材料的复合，使吸波材料的性能有了更大进展。近年来材料技术的重点热门一纳米技术在吸波材料制备过程中的成功应用，使吸波材料的性质在本质上也呈现出惊人的飞跃。而计算机辅助设计的蓬勃发展和最优化理论的运用对于确定出介质参量εr*(复介电系数)和µr*(相对复导磁率)随频率变化时介质对微波吸波性能的影响，帮助掌握各种配方与介质参量的关系，深入讨论影响介质的各种机制，从而做到按需要调整材料的参量都有很大地帮助，更可以起到指导实验

3、方向，加快研发过程的作用。本文将对这些新的热点做一个介绍，分析了其中仍然存在的问题并预测将来的进展。[1～3]1纳米技术在吸波材料中的应用纳米吸波材料具有极好的吸波特性，同时具备吸波频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。纳米粒子对红外和电磁波有强烈的吸收能力主要原因有两点，一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米粒子材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少了波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的目的。另外一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大了3～4个数量级，对电磁

4、波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外本文受国家航天创新基金资助探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到隐身作用。金属、金属氧化物和某些非金属材料的纳米级超细粉在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增加了纳米粒子的活性。在微波场的辐射下，原子和电子运动加剧，促使磁化，使电子能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收。美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料，对雷达波的吸收率大于99%。目前，隐身材料虽在很多方面都有广阔的应用前景，但当前真正发挥作用的隐身材料大多使用在与航空航天或军事有密切关系的部件上。对于上

5、天的材料有个重要的要求是重量轻，在这方面纳米材料是有优势的，特别是由轻元素组成的纳米材料在航空隐身材料中应用十分广泛。纳米技术在吸波材料的以下几个方面有突出作用：[4](1)改性原有基体材料与损耗介质材料的性质雷达吸波材料一般由基体材料与损耗介质复合而成，其中损耗介质的性能、数量及匹配选择是影响吸波性能的重要因素。它直接制约着材料的研制进度与工程应用效果，已研制并成功应用于吸波材料中的损耗介质已达几十种之多，而且各国都在积极致力于新型损耗介质的开发与研制。根据吸波机理的不同，吸波材料中的损耗介质可以分为电损耗型和磁损耗型两大类。其中

6、电损耗型介质有导电性石墨、碳化硅粉末或碳化硅纤维、特种碳纤维、碳粒、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体和各种导电性高聚物等。其主要特点是具有较高的电损耗正切角，依靠介质的电子极化或界面极化衰减。吸收电磁波。磁损耗型介质包括各种铁氧体粉、羰基铁粉、超细金属粉和纳米相材料等，具有较高的磁损耗正切角，依靠磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁极化衰减吸收波。当这些粒子的尺寸进人纳米级别后，相应的多畴变成单畴，使得这些粒子的物性呈现了独特的吸波性能。研究表明，10～25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍。对于陶瓷材料而言，当它到达纳米尺寸

7、时，表现出了高韧性，高热强，高塑性等平时欠缺的特性。所以纳米技术的应用使这些吸收剂的吸波性能有很大提高。[5](2)纳米复合物各种材料具有不同的吸波特性，适应不同的波段，而目前吸波材料的一个主要研究方向就是多频率。所以如果能复合这些材料，会使吸波材料的应用范围大大加宽。这些材料并不是无机相与有机相的的简单加合，两相界面间只存在较强或较弱的化学键。它们的复合将实现集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质于一身的新材料。特别是无机和有机的界面特性使其具有更广阔的应用前景。有机材料优异的光学性质、高弹性和韧性，以及易加工性，可改善无机材料的脆

8、性；更主要的是，有机物的存在可以提供一个优异的载体环境，提高纳米极无机相的稳定性，从而实现其独特的微观控制，在光电磁催化等方面的特性能得到更好的发挥，甚至可能产生奇异特性的新型材料。然而单纯的无机纳米粒子是不易分散于有机物中的，有机物