多层复合吸波材料的制备及其吸波性能

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1、万方数据第21卷第6期2006年11月无机材料学报JournalofInorganicMaterialsVbl．21．NO．6Nov．，2006文章编号：i000—324X(2006)06—1449—05多层复合吸波材料的制备及其吸波性能何燕飞，龚荣洲，李享成，王鲜，何华辉(华中科技大学电子科学与技术系，武汉430074)摘要。根据电磁波传播规律，设计了具有阻抗渐变结构的三层平板吸波体．面层由二氧化钛材料组成，易于实现与空气波阻抗匹配，且起到一保护屏作用；底层为强磁损耗体，由铁，钴等原料，经球磨而制得的磁性微粉，形成对电磁波强大的损耗；中间层为过渡层，构成从面层、中间层、底层的阻

2、抗渐变结构．采用磁性微粉与碳纤维按一定比例混合，因而还具有一定的电磁损耗能力．实验结果表明，三层吸波体反射率在书dB以下((8—18)GHz)，拉伸强度10．8MPa，剥离强度75．2N／cm，满足一定的工程应用．关键词：阻抗匹配；磁性微粉；反射率；拉伸强度中图分类号tTB332文献标识码：A1引言在寻求高效损耗吸波材料的同时，特殊的结构形式设计会大大提高吸波体的吸收率．如采用含电路模拟结构吸波复合材料，在提高吸波性能的同时，力学性能也有一定的提高，有利于实现吸波复合材料的吸波／承载一体化[1】．赵东林等人【z】将碳纳米管与羰基铁粉复合，通过改变组分比例来改变吸波材料的E和p，实

3、现对不同波段电磁波吸收的调控．而多层结构吸波体，结合计算机技术进行辅助设计，如普遍常用的遗传算法，实现各层材料电磁参量及厚度的最佳配比，促进了吸波材料向“薄、宽、轻、强”等多目标的发展【3]．要实现良好的吸波，必须具备两个条件【4】：(1)入射来的电磁波要尽可能多地进入吸波材料而不被反射；(2)材料要能将电磁波损耗吸收掉．因此，具有阻抗渐变结构的多层吸波体，通过阻抗匹配层的匹配作用，使空间入射来的电磁波尽可能多地进入吸波材料而被损耗吸收．研究表明[5】，带导电衬底薄层吸波材料能量密度分布如下：越靠近衬底，电场能量密度(We)越低，而磁场能量密度(％)越高．因此，底层采用强磁损耗吸

4、收剂，中间层采用兼具电磁损耗的材料，面层为透波层，可望组成性能良好的三层吸波材料．本文采用磁性微粉与介电材料相结合，制备了具有阻抗渐变结构的三层吸波体，并对其在微波范围内的吸波性能与力学性能进行了研究．收稿日期t2005—12-07，收到修改稿日期：2006-02-21基金项目t国防预研重点项目作者简介t何燕飞(1972一)，男，博士，讲师．E-mail：hyfl203@163．com万方数据1450无机材料学报2实验内容2．1三层结构带导电衬底三层结构吸波体示意图如图1所示．当电磁波垂直入射，其功率反射系数R用分贝表示为【6】EM-wavc———————◆Themediumla

5、yerR=2019‰zio+-磊Zo耻磅鬟端糕‰=历等舄篙篇乃。1=Zlth(jwdl瓜／c)⋯’E～萋／萋烈tC：／Metal-Umnin⋯’8珏⋯乙7⋯吨一．动、／Thesu嘞∞layerThelastlayer图1三层吸波体结构示意图Fig．1Structureofthree-layerabsorber式中历。、磊。2、历。，分别为从吸波体表面(即面层表面)、中间层表面、底层表面看进去的垂直输入阻抗，磊、z1、易、磊分别为自由空间、底层、中间层、面层特征阻抗．胁、矗、d分别为相对磁导率、相对介电常数、厚度；u、c对应于电磁波角频率和真空中光速．2．2材料选取各层材料组成与厚

6、度如表1所示．磁性微粉(MMP)为本实验室生产，型号为HG6y3，采用铁、钴等原料经高能球磨制得．纳米二氧化钛(Ti02)与毛球状碳纤维(cf)从市场上购买，无需提纯．氢化丁腈橡胶(HNBR)来自于日本，具有一定的机械强度、物理化学性能稳定、附着力耐候性强、耐热性高(可达175。C)等特点．表1材料组成与厚度Table1Materialscompositionandlayer-thickness2．3试样制备将各层相应材料按上述配比，在塑炼机上充分塑炼，待混合均匀后，制取在x波段和Ku波段波导测试样品，测量电磁参量．将各层材料按表1厚度制成平板，层叠后放人平板硫化机进行硫化．硫化

7、条件：在温度1650C下硫化15min后，在1500C硫化240min，取出后切成规格为180mmxl80mmxlmm的平板样品，测量反射率．将硫化平板切成规格为25．4mmx304．8mmxlmm的矩形样品，测量剥离强度．将硫化平板用铡刀榨取如图2所示的万方数据6期何燕飞，等；多层复合吸波材料的制备及其吸波性能1451哑铃状样品，测量拉伸强度．2．4性能测试按照GJB2038—94采用微波矢量网络分析法测定各层复合材料在X波段和Ku波段的复介电常数和复磁导率；按照GJB2038