電磁波吸收材料

電磁波吸收材料(Electromagnetic   wave   absorbs   material)，亦稱“微波吸收材料”，是指能吸收、一種衰減入射電磁波并將其電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能以消散或使電磁波因干擾而消失的材料。吸收材料由吸收劑制成、基體材料、膠粘劑、輔助材料等其中吸收劑在吸收和衰減電池波能量方面起主要作用。

當(dāng)電磁波吸收材料的吸收能量等于入射電磁波能量時(shí)，表明它可以吸收所有的電磁波，但由于其有限的物理和化學(xué)性質(zhì)以及對(duì)電磁波吸收頻率的選擇性，很難吸收所有的入射電磁波能量。影響電磁波吸收材料吸收電磁波的因素是材料的物理特性、吸收帶寬和阻抗匹配，如物理特性中的電阻率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率、介質(zhì)損耗因子，其中介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是評(píng)價(jià)吸波材料性能的主要指標(biāo)；吸收帶寬決定了吸波材料處于一定的頻率范圍內(nèi)，而阻抗匹配是為了使吸波材料不反射電磁波，從而更好地吸收電磁波。

電磁波吸收材料種類繁多，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品性能和用途，如成型工藝和材料的承載能力，有多種分類方法、吸波原理、材料損耗機(jī)理、研究時(shí)期和電磁波吸收體按研究時(shí)期可分為傳統(tǒng)吸波材料和新型吸波材料。

電磁波吸收材料可用于軍事和民用領(lǐng)域。例如，在軍事上，它可以用于反雷達(dá)涂層、反雷達(dá)偽裝和反雷達(dá)煙霧，在民用領(lǐng)域，可用于電氣柜中的材料，減少電磁波污染，可用于太陽(yáng)能材料、建筑材料。

電磁波吸收材料的主要成分是吸收劑、粘合劑和各種添加劑。

吸收劑：提供電磁波吸收材料所需的電性能及其數(shù)量、性能和匹配在電磁波吸收材料中起著關(guān)鍵作用，它決定了涂層的電磁波吸收性能。常見的電磁波吸收材料主要包括微米級(jí)、超微磁性金屬及合金粉末吸附劑、鐵氧體吸收劑和導(dǎo)電聚合物吸收劑，以及法國(guó)開發(fā)的納米粉末填充材料等新型吸收劑、中國(guó)研制的納米針狀磁性金屬粉末和多層納米膜復(fù)合吸附劑。

膠粘劑：粘合劑是吸收涂層的基材和成膜物質(zhì)，它決定了吸收劑的添加量、吸收性能的強(qiáng)弱、涂層性能的好壞。

助劑：助劑起輔助作用，用量少，但必不可少它決定了涂層的質(zhì)量并影響吸收劑的添加量。

電磁波吸收材料種類繁多，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品性能和用途，如成型工藝和材料的承載能力，有多種分類方法、吸波原理、材料損耗機(jī)理、研究時(shí)期和電磁波吸收體等。

材料成型技術(shù)和承載能力：根據(jù)材料的成型工藝和承載能力，電磁波吸收材料可分為涂層吸波材料和結(jié)構(gòu)吸波材料兩類

涂覆型：涂層型吸波材料是一種具有電磁波吸收功能的涂層，由吸收劑和溶劑混合而成(金屬或合金粉末、鐵氧體、導(dǎo)電纖維等)與粘合劑混合后，將其涂覆在目標(biāo)表面上形成吸波涂層。它工藝簡(jiǎn)單、使用方便、易于調(diào)整，常用于隱形武器。

結(jié)構(gòu)型：結(jié)構(gòu)吸波材料通常將吸收劑分散在層狀結(jié)構(gòu)材料中或采用高強(qiáng)度、具有良好透波性的聚合物復(fù)合材料(如玻璃鋼、芳綸纖維復(fù)合材料等)為面板，峰窩狀、波紋體或棱錐體是夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)，因此具有承浪和消浪的雙重功能，既能減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，又能提高有效載荷。

吸波原理：電磁波吸收材料根據(jù)吸波原理可分為吸收型和干涉型。

吸收型：吸波材料本身可以吸收雷達(dá)波，基本類型是復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)基本相等的吸波體、阻抗?jié)u變“寬頻”用于衰減表面電流的吸收體和薄層吸收體。吸波材料可分為電損耗型和磁損耗型前者通過材料的介電損耗衰減電磁波材料、后者通過磁損耗衰減電磁波能量。

干涉型：干涉型吸收材料利用吸收層表面和底部?jī)膳欧瓷洳ǖ牡确?、具有相反相位的干擾消除，例如1/4波長(zhǎng)“諧振”吸收體，這種材料的缺點(diǎn)是吸收帶窄。

材料損耗機(jī)理：電磁波吸收材料根據(jù)材料的損耗可以分為電阻型、電介質(zhì)型、磁性電介質(zhì)和放射性同位素類型。

電阻型：阻性吸波材料是一種通過電阻衰減電磁波能量的吸波材料。它的頻率范圍較寬，但其厚度與電磁波的波長(zhǎng)有很大關(guān)系，因此適用于一些固定設(shè)備或微波暗室。它電導(dǎo)率高，載流子引起的宏觀電流大，電磁能量容易轉(zhuǎn)化為熱能，電磁能量主要衰減在材料的電阻上，如碳化硅、石墨等。

電介質(zhì)型：介電吸波材料通過介電損耗衰減電磁波，其電導(dǎo)率低，幾乎沒有自由電子其機(jī)理是電介質(zhì)極化弛豫損耗，如鈦酸鋇。主要參數(shù)是材料的介電常數(shù)，但由于材料的介電損耗與頻率密切相關(guān)，其工作頻率范圍較窄且成本較高，因此在工程中應(yīng)用不廣泛。

磁介質(zhì)型：由材料的磁損耗(包括磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗、疇壁位移損耗和共振損耗)為了衰減電磁波能量，損耗機(jī)制主要?dú)w因于鐵磁共振吸收、如鐵氧體、羥基鐵等。主要參數(shù)是材料的磁導(dǎo)率，其成本低吸收效率高，是應(yīng)用最廣泛的吸波材料。

放射型同位素型：當(dāng)電磁波的頻率低于或等于等離子體中電子的朗繆爾頻率時(shí)，電磁波將被全反射。大氣中等離子體的電子密度在邊緣處較小，電磁波可以穿透。但進(jìn)入等離子體后，頻率大于的電磁波在等離子體中傳播時(shí)會(huì)被迅速吸收。這種特性具有寬頻帶的優(yōu)點(diǎn)，如同位素釙(Po)210和鋦(Cm)飛機(jī)表面涂覆的242在飛行過程中會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的射線，高能粒子流使空氣電離形成等離子體，在1~20GHz的頻率范圍內(nèi)可使電磁波衰減17dB；由于等離子體密度隨厚度呈指數(shù)衰減，因此可以很好地與空間匹配是導(dǎo)彈吸波材料的發(fā)展方向，也適用于高空飛行器。

根據(jù)研究周期，電磁波吸收材料可分為傳統(tǒng)吸波材料和新型吸波材料。

傳統(tǒng)吸波材料：鐵氧體、鈦酸鋇、金屬微粉、石墨、碳化硅、導(dǎo)電纖維等屬于傳統(tǒng)的吸波材料，它們通常具有較窄的吸收帶、密度大等缺點(diǎn)。其中鐵氧體吸波材料和金屬微粉吸波材料研究較多，性能較好。

電磁波吸收材料

新型吸波材料：新型吸收材料包括納米材料、手性材料、導(dǎo)電高聚物、多晶鐵纖維和電路模擬吸波材料具有與傳統(tǒng)吸波材料不同的吸波機(jī)理。其中，納米材料和多晶鐵纖維是性能最好的新型吸波材料。

電磁波吸收劑：鐵氧體系列吸波材料：它是一種由鐵氧體吸收劑支撐的吸波材料，由于鐵氧體材料的共振吸收和磁導(dǎo)率的色散效應(yīng)而具有很強(qiáng)的吸收性、頻率帶寬的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各種隱身技術(shù)領(lǐng)域和民用電子產(chǎn)品。

微粉吸波材料：微粉吸波材料(具體涉及一種納米吸波材料)它由微粉和粘合劑通過一定的工藝制成。在電磁波的反射下、吸收高。在超細(xì)粉末材料的顆粒中，表面原子占整個(gè)顆粒原子的很大比例，因?yàn)楸砻嬖討覓戽I、空鍵多了，它的活躍度大大增加。當(dāng)電磁波撞擊這種粒子分子、電子運(yùn)動(dòng)加劇，電磁能轉(zhuǎn)化為熱能的效率高，電磁損耗大。

多晶鐵磁金屬纖維吸收材料：它具有獨(dú)特的形狀特征和復(fù)合損失機(jī)制(磁損耗和介電損耗)，具有重量輕、頻帶寬，斜入射性能好，光纖長(zhǎng)度可調(diào)、直徑和排列調(diào)整吸收的電磁參數(shù)。

?？品螓}基視黃醇吸收材料：?？品螓}基視黃醇像石墨一樣呈黑色，其吸收功能優(yōu)于其他材料，但其重量?jī)H為鐵球吸收材料的1/10。這種材料的吸波帶寬從長(zhǎng)波到8毫米波長(zhǎng)都有效，并且通過離子位移將所有電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能，材料本身的溫升并不明顯。

介電陶瓷吸收材料：PZT（鋯鈦酸鉛）等介電材料也有很好的吸收效果，但吸收帶寬較小。

導(dǎo)電聚合物吸收材料：與其他吸波材料相比，這種材料具有密度低的特點(diǎn)，密度僅為鐵氧體的1/5通過摻雜調(diào)節(jié)電導(dǎo)率可以控制吸波性能。

手性吸波材料：與普通材料相比，手征吸收材料具有手征參數(shù)，在其中傳播的電磁波只能是左旋或右旋圓極化波它的優(yōu)點(diǎn)是可以通過調(diào)節(jié)手征參數(shù)來調(diào)節(jié)阻抗匹配，而且比調(diào)節(jié)容易得多；此外，它具有較低的頻率靈敏度，易于實(shí)現(xiàn)寬帶吸收。

武器

電磁吸波材料可用于制造軍用高性能毫米波隱身材料、可見光-紅外隱身材料和結(jié)構(gòu)隱身材料可以使坦克成為目標(biāo)、船只和飛機(jī)躲避雷達(dá)、紅外探測(cè)器的偵察等。如用作飛行器、船只和其他武器裝備上的反雷達(dá)涂層，以減少其有效反射面積。這種防雷達(dá)涂層要求電磁波吸收性能好，涂層方便，質(zhì)地輕，符合空氣動(dòng)力學(xué)、熱性能、穩(wěn)定性能良好；用于地面目標(biāo)(艦船、火炮、坦克、戰(zhàn)士等)用于反雷達(dá)偽裝的反雷達(dá)偽裝布、偽裝網(wǎng)等要求良好的電磁波吸收性能和耐久性、輕便、便于大量生產(chǎn)；用于反雷達(dá)煙霧；電子干擾設(shè)備的收發(fā)天線隔離、改善天線的方向性和旁瓣抑制。

微波暗室

電磁吸波材料也可用于微波暗室進(jìn)行微波測(cè)試和科學(xué)研究，其主要要求是高吸波性能和寬頻帶應(yīng)用。例如在電波暗室中，主要用于模擬開放場(chǎng)，同時(shí)用于輻射無線電騷擾的封閉屏蔽和輻射靈敏度測(cè)量在電磁暗室中，電磁波吸收材料的應(yīng)用需要滿足頻段、承受率、極化的相關(guān)要求。電波暗室按用途可分為天線測(cè)量和測(cè)試電波暗室。

建筑材料

為了減少特定頻率的輻射源和電磁波分布特性對(duì)建筑物的污染，將電磁波吸收材料應(yīng)用于石膏、在砂漿等建筑材料中，可以將其制成吸波石膏，以減少建筑物中的電磁輻射量、輕質(zhì)隔熱吸波砂漿。其中具有吸收功能的石膏板吸收帶寬高達(dá)14.2GHz，良好的機(jī)械性能；輕質(zhì)隔熱吸波砂漿的頻段可覆蓋30MHz~80GHz。這些吸收性建筑材料可以應(yīng)用于無線電發(fā)射塔、高壓電線、變壓器、手機(jī)信號(hào)站等高電磁輻射民用建筑室內(nèi)電磁輻射污染防護(hù)。

電器

當(dāng)電器需要經(jīng)常調(diào)整時(shí)，在被測(cè)對(duì)象周圍的近區(qū)或遠(yuǎn)區(qū)應(yīng)用電磁波吸收材料，可以有效降低電磁波對(duì)周圍環(huán)境的影響，吸收材料也要滿足頻段、承受的等要求。它還可以合理地應(yīng)用于機(jī)箱中的材料，這可以減少電子電路元件和組件附近的輻射污染此外，它還可以用來制造具有最佳吸收效果的太陽(yáng)能吸收材料。用作紅外探測(cè)器和傳感器中的涂層，不僅吸收紅外線的能力強(qiáng)，而且吸收率與熱容量之比大。