纳米雷达吸波材料概述

纳米吸波材料的物理实质及研究进展文章编号t1672-8785(2006)08—0001-05纳米吸波材料的物理实质及研究进展秦润华(中北大学物理系,山西太原030051)摘要:吸波材料是隐身技术的关键材料,纳米材料由于其特殊的量子尺寸效应和隧道效应等产生的优良的电磁波吸收性能而受到世界各国的重视.本文简单介绍了吸波材料的工作原理,进而阐述了纳米吸波材料吸收电磁波的物理实质.详细介绍了纳米涂敷型吸波材料和纳米结构型吸波材料的研究现状,并对纳米吸波材料的发展趋势进行了展望.关键词:纳米材料;吸波材料;隐身技术;量子尺寸效应;隧道效应中图分类号:TB34文献标识码:A PhysicalEssenceofNanometerWave—absorbing MaterialsandResearchAdvanceQINRun.hua(DepartmentofPhysics,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,chjnaJAbstract:Wave-absorbingmaterialsarethekeymaterialsforstealthtechniques .Becausethena12ome-termaterialshavethespecialquantum-sizedeffectandtunnelingeffectwhichca rlresultinexcellentelectromagneticwave-absorbingperformance,moreandmoreattentionhasbe enpaidtothemintheworld.Inthispaper,theoperationprincipleofthewave—absorbingmaterialise xplained,thephyrsicalessenceofthenanometerwave-absorbingmaterialispresentedandthecurrentst atusoftheresearchonthenanometercoatingwave-absorbingmaterialandnanometerstructuralwa ve-absorbingmaterialisdescribed.Finally,thedevelopmenttrendofthenanometerwave-absorbingma terialisgiven.Keywords:nanometermaterials;wave-absorbingmaterials;stealthtechnique; quantum-sizedeffect;tunnelingeffect1引言随着军事技术的迅猛发展,世界各国的防御体系被敌方探测,跟踪和攻击的可能性越来越大,军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重威胁.为了提高军事目标的生存能力和武器系统的突防能力,发展隐身技术已成为军事技术发展的重要方向.隐身技术是指通过降低目标的可探测信号特征,从而减小目标被敌方各种探测设备发现的概率的综合性技术.由于雷达在探测系统中是最主要的探测手段,因而雷达隐身技术是当前隐身技术研究的重点.目前针对雷达的隐身技术途径主要有两条,一是通过对飞机,舰艇等武器的外形进行改进,减少雷达扫射面积;二是应用雷达吸波材料对雷达波进行吸收或减少对它的反射.外形改进由于设计制造难度较大,耗费较高,因而不易实现.而相对而言,吸波材料的设计制作难度较小,耗费也较低,所以各军事收稿日期:2006--02—16基金项目t山西省自然科学基金(2006011010)作者简介t秦润华(1978一),女,河北唐山人,硕士,主要从事微纳光电材料的研究.INFRARED(MONTHL Y)/VOL.27,No.8,AUG2006强国普遍重视对吸波材料的研究与开发.2吸波材料的工作原理吸波材料吸收或衰减入射的电磁波,并将电磁能转变成热能而耗散掉.在实际的吸波材料制作过程中发现,良好的吸波材料必须具备两个条件,一是电磁波射入到吸波材料内,其能量损耗尽可能大;二是吸波材料的阻抗与电磁波的阻抗相匹配,此时满足无反射.要满足条件一,由电磁波在介质中的传播系数:￡=￡一话”(1)=一t”(2)式中,及”为介电损耗和磁损耗.k=2=k一ik”(3)cx/#e式中,k”为电磁波衰减系数.对于TEM波来说,进入到吸波材料,其能量损失为Q(x)=(4)=0,(0=1207r)(5)由此可知,当材料的￡”和很大时,k才能很大,此时能有效吸收电磁波.若满足条件二,在阻抗为o的自由空间中,电磁波投射到阻抗为的介电表面或磁性表面产生部分反射的系数为式中,Z0=,/,=,/告,.和分别为自由空间和吸波材料的磁导率,￡o和￡分别为自由空间和吸波材料的介电常数.为了不发生反射,反射系数必须为零,即满足.=或=丝.这就是理想吸波材料的阻抗匹配原理.综上所述,仅当￡,,和,,很大且:丝时,吸波材料才能对雷达波进行有效的吸收与反射.3纳米吸波材料的物理实质纳米是介于宏观物质和微观原子,分子的中间领域,是一种新的结构状态.纳米材料是指材料组份的特征尺寸在纳米量级(1nm100nm) 的材料.正是由于结构和组成上的特殊性,纳米材料具有许多与众不同的特殊性能,主要表现为:表面效应,量子尺寸效应,小尺寸效应和量子隧道效应等【川.这些独特的结构使纳米材料的物理化学性能发生了本质的变化,开拓了新的应用领域.纳米材料正是由于具有这一系列的特殊结构,在光,电,磁等物理性质方面发生了质的变化,不仅磁损耗增大,而且兼具吸波,透波,偏振等多种功能,并且可以与结构材料或涂敷材料相融合,兼备了吸收强,频带宽,兼容性好等优点,因而成为一种极具发展前途的吸波材料. 纳米吸波材料对电磁波能量的吸收主要取决于三种效应:一是由晶格电场热运动引起的电子散射;二是由杂质和晶格缺陷引起的电子散射;三是电子与电子间的相互作用.一方面,由于纳米微粒尺寸为lnm100nm,远小于雷达发射的电磁波波长,因此纳米材料对这种波的透过率比常规材料强得多,大大减小了波的反射率,使得雷达接收到的反射信号变得很微弱,从而达到隐身的目的;另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规微粒大3至4个数量级,对电磁波和红外光波的吸收率比常规材料大得多. 被探测物发射的红外光和雷达发射的电磁波被纳米粒子吸收,使得红外探测器和雷达很难探测到被探测目标.此外,随着颗粒的细化,在一定尺寸时,由于颗粒的表面效应,纳米颗粒费米面附近的电子能级由准连续变为离散能级, 并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道和最低未被占据的轨道能级,使得能隙变宽.同时,量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级发生分裂,其间隔正处于微波能量范围(1010-5eV),从而形成新的吸波通道【.4纳米吸波材料的分类及研究现状INFRARED(MONTHL Y)/VOL.27,NO.8,AUG2006在目前的各种隐身技术中,材料隐身技术因具有简单易行等优点,在隐身技术中占有重要地位.随着现代科学技术的迅猛发展和各种新材料及新的制备方法的出现,新的隐身材料的制备成为可能.这些新的隐身材料的发展,尤其是纳米隐身材料的发展,对隐身技术的发展起了巨大的推动作用【引.纳米吸波材料按材料成型工艺和承载能力可分为涂敷型和结构型.涂敷型吸波材料是将吸收剂与粘结剂混合后涂敷于目标表面形成吸波复合涂层;而结构型吸波材料则是将吸收剂分散在由特种纤维制成的材料中所形成的结构复合材料,它具有承载和吸收雷达波的双重功能.目前,美,俄,法,德,日等国都把纳米吸波材料作为新一代雷达吸波材料进行探索与研究.国内外研究的纳米吸波材料主要有:纳米金属和合金纳米金属膜,纳米铁氧体,纳米导电聚合物,纳米碳化硅,纳米Si/C/N和Si/C/N/O材料,纳米石墨,纳米氮化铁,纳米碳管等[4--7】. 4.1涂敷型纳米吸波材料(1)纳米金属粉吸波材料基于纳米金属粉的吸波材料具有微波磁导率较高,温度稳定性好(居里温度高达770K)等突出优点,纳米金属粉吸波材料已得到了广泛的应用.纳米金属粉吸波材料主要是通过磁滞损耗,涡流损耗等机制吸收损耗电磁波的.纳米金属粉吸波材料主要包括纳米羰基金属粉吸波材料和纳米磁性金属粉吸波材料两大类.纳米羰基金属粉包括羰基Fe,羰基Ni和羰基Co等,其中纳米羰基铁粉最为常用.将羰基铁与DC805型硅橡胶均匀掺和,吸波剂质量比为9O%,反射率在2GHz一10GHz频率范围内低于一10dB.纳米磁性金属粉包括CO,Ni,CoNi,FeNi等,它们的电磁参数与组分和粒度有关.陈利民等人制备了高抗氧化能力的纳米金属吸波材料,研究表明,该吸波材料在厘米波和毫米波波段均具有较好的吸波性能【引.(2)纳米铁氧体吸波材料铁氧体吸波材料是研究较多且比较成熟的吸波材料.它是一种既有一定介电常数和介电损耗,又有一定磁导率和磁损耗的双复介质.它除有电子共振损耗外,还具有铁氧体特有的畴壁共振损耗,磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗等特性.其作用机理可概括为铁氧体对电磁波的磁损耗和介电损耗.铁氧体吸波材料的纳米化是很有前途的新兴隐身材料研究领域.国内外对此均进行了一定的研究,并取得了一定的研究成果【.-.美国已研制出一系列薄层状铁氧体吸波材料,并成功应用于F一117A战斗机.在对纳米铁氧体吸波材料进行研究的同时,研究者也从各方面探索了超细铁氧体与其他材料复合形成的复合吸波材料.解家英研究了Nd.O3掺杂对纳米锂铁氧体微波吸收特性的影响,他们采用机械合金化方法制备了纳米晶LiFe5Os和LiFe4_9g4Nd0_00608 材料,并研究了它们的吸波性能【加】.(3)纳米导电高聚物吸波材料导电高聚物的吸收机制在于其掺杂后都会形成极化子,所形成的极化子可以看作是在导电高聚物中的固有偶极子.它在微波电池作用下的取向极化必将对导电高聚物在微波范围内的介电损耗有贡献.导电高聚物吸波材料属电损耗型,是一种很有发展前途的新型的电损耗型吸波材料.但是由于常规的导电高聚物具有涂层厚和频带窄等缺点,根据电磁波吸收原理,吸波材料具有磁损耗是展宽频带和提高吸收率的关键, 因此改善和赋予导电高聚物磁损耗是导电高聚物吸波材料实用化的关键.目前改善的方法是使导电高聚物纳米化,形貌管状化【¨】.王国强等人制备了纳米铁氧体导电聚合物,并与非纳米铁氧体导电聚合物进行了对比.研究发现,当铁氧体的质量分数为2O%左右时,纳米导电聚合物的磁损耗较非纳米导电聚合物的磁损耗有了较大的提高【】.(4)纳米手性吸波材料手性吸波材料能在雷达波段内具有像在光波段那样的旋光色散特性,是一种新型的电磁波吸收材料.通过在普通的介质中加入合适的并具有手性特征的微体,便可制得具有良好吸波性能的手性吸波材料【】.同普通材料相比,手INFRARED(MONTHL Y)/VOL.27,No.8,AuG2006性材料通过调节手性参数可使材料无反射,而手性参数的调节比电磁参数的调节更容易[14】, 且具有频率敏感性小,易实现阻抗匹配及宽频吸收等特点.曹茂盛等人研究了添加不同质量分数碳纳米管(CNTs)的聚酯基复合材料的电磁波吸收性能,初步分析了CNTs的螺旋结构和手性特征导致的在8GHz40GHz波段的良好吸收[15】. CNTs/聚酯基复合材料由于其手性特征,在毫米波段也表现出了明显的吸收.CNTs的良好吸波特性,意味着可以设计出既吸收厘米波又吸收毫米波的雷达波吸收材料.3.2结构型吸波材料(1)纳米SiC吸波材料SiC吸收剂具有密度小,耐高温性能好和吸收频带宽的优点,但用一般方法制备的SiC纤维具有电阻率大,介电损耗低,吸收效率不是很高等缺点,因此需对其进行表面改性.焦桓等人通过对纳米SiC进行掺杂,得到了纳米Si/C/N复合吸收剂,并对不同N含量的纳米Si/C/N复合吸收剂的吸波性能进行了研究. 结果发现,少量掺杂有利于提高SiC的吸波性能【.纳米Si/C/N复合吸收剂能够吸波的主要原因在于吸收剂中形成的SiC晶格中固溶了N原子,固溶的N原子在晶格中取代C原子的位置形成晶格缺陷.在正常的SiC晶格中,每一个C 原子和每一个si原子分别与周围四个相邻的si 原子和C原子以共价键相连接.当N原子取代C原子进入SiC中后,由于N只有三价,只能与三个Si原子成键,而另外一个Si原子将剩余一个不能成键的价电子,形成一个带负电的缺陷.由于原子的热运动,这个电子可以在N原子周围的四个si原子上运动,从一个Si原子跃迁到另一个si原子.在跃迁的过程中要克服一定的势垒,因此其运动滞后于电场,出现强烈的极化弛豫,这种极化弛豫是损耗电磁波能量的主要原因.从而使得纳米Si/C/N复合吸收剂具有良好的吸收性能.纳米碳纤维结构吸波材料是一类多功能复合材料,具有承载和减小雷达反射截面的双重功能.碳纤维吸波复合材料具有高强度,高模量和质量轻等优点,不仅广泛应用于一般飞行器和导弹,在隐身兵器中也日益显露头角.美国研制出的”超黑粉”纳米吸波材料,对雷达波的吸收率高达99%,这种”超黑粉”纳米吸波材料实质上就是用纳米石墨作吸收剂制成的石墨/热塑性复合材料和石墨/环氧树脂复合材料,不仅吸收率高,而且在低温下仍能保持很好的韧性.(3)纳米多晶铁纤维吸波材料多晶铁纤维吸波材料主要通过磁损耗来吸收电磁波,是一种新型的吸波材料,它包括Fe, Ni,Co及其合金纤维.同颗粒吸收剂相比,由于纤维的形状各向异性,同时具有高磁导率,质轻,宽频带等特点,以多晶铁纤维为主要吸收剂制备的材料被认为是目前最有应用前景的吸波材料.纳米多晶铁纤维吸波材料与常规多晶铁纤维吸波材料相比,具有质量轻,面密度小,频带宽和吸收率高等特点.GAMMA公司和3M公司研制的纳米多晶铁纤维吸波材料在较宽的频率范围内具有很好的吸收性能,最大吸收可达34dB,且重量可减轻4o%6o%[16,17l.5结束语综上所述,纳米吸波材料具有优异的吸波性能,兼有频带宽,多功能,质量轻及厚度薄等特点,对微波和红外皆有极好的吸波效果,还能与结构复合材料或结构吸波材料复合,是一种颇具发展潜力的高性能吸波材料.随着纳米技术的发展,纳米吸波材料在不久的将来有望发展成为能兼顾毫米波,厘米波,米波,可见光,红外等多波段电磁隐身的多频谱吸波材料.参考文献【1】张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构【M】_北京t 科学出版社,2001,83.【2】王海.雷达吸波材料的研究现状和发展方向[J].上海航天,1999,(1):57_59.【3】袁艳,姚淑霞,安成强.新型隐身材料吸收剂的研(2)纳米碳纤维吸波材料究进展[J】.表面技术,2004,33(4):4 INFRARED(MONTHL Y)/VOL.27,NO.8,AUG2006【4】张卫东,吴伶芝,冯小云,等.纳米雷达隐身材料研究进展【J】.宇航材料,2001,(3):1.【5】赵东林,周万成.纳米雷达波吸收剂的研究和发展【J】.材料工程,1998,(5):3.【6】葛凯勇,王群,张晓宁,等.碳化硅吸波性能的改进研究[J】.功能材料与器件,2002,8(3):263—266.[7】焦桓,罗发,周万成.Si/C/N纳米粉体的吸波特性研究【J】.无机材料,2002,17(3):595.【8】陈利民,亓家钟,朱雪琴,等.纳米一(Fe,Ni)合金颗粒的微观结构及其微波吸收特性[J】.微波,1999,15(4):312—316.’【9】LiuJianjun,HeHongliang.Synthesisofnanosized nickelferritesbyshockwavesandtheirmagnetic properties【J】.MaterialsResearchBulletin,2001, (36):2357-2363.【10】解家英.Nd2O3掺杂对纳米锂铁氧体微波吸收特瞳墨盏圈用于评价金属腐蚀程度的红外成像方法美国专利US7057177(2006年6月6日授权)金属会发生腐蚀现象.金属受腐蚀的程度一般都是靠检测人员通过肉眼检测的,这种检测多少有些主观性.因此,如果有一种能够测定金属衬底上局部或总的腐蚀程度和量的无损定量检测装置,那是非常理想的. 本发明提供一种能够有效,客观地测定金属衬底或样品上形成的腐蚀成分的量和分布的无损检测方法.该方法是通过测定被腐蚀成分吸收的红外能量的值来完成腐蚀测定的,因为被腐蚀成分吸收的红外能量的值是与腐蚀成分的量相关的.墨圈近红外光纤光谱仪StellarNet公司提供一种用于0.9#m一1.7#m和1.5#m一2.2#m光谱范围的高分辨率光纤光谱仪.这是一种无活动光学部件的微型便携式光谱仪,它采用512元或者1024元的热电致冷型InGaAs光电二极管列阵性的影响【J】.磁性材料及器件,2002,3(3):1—3.【1l】袁艳,姚淑霞,安成强.新型隐身材料吸收剂的研究进展【J】.表面技术,2004,33(4):4_6.【12】王国强,章平,邹勇,等.纳米复合高分子电磁参数及吸波性能的研究【J】.华中科技大学,2001,29(7):89-91.【13】王自荣,余大斌,孙晓泉,等.雷达隐身技术概述[J】.上海航天,1999,(3):52—56.【14】吴明忠.雷达吸波材料的现状和发展趋势[J].磁性材料级器件,1997,(4):26～29.【15】曹茂盛,高正娟,朱静.CNTs/Polyester复合材料的微波吸收特性研究【J】.材料工程,2003,(2): 34—36.【16】刘俊能,刑丽英.雷达吸波涂料研究进展[J】.航空制造工程,1996,(12):6-8.[17】秦嵘,陈雷.国外新型隐身材料研究动态[JJ.宇航材料工艺,1997,(4):17—19.本专利说明书共14页,其中有7张插图.高编译作探测器,并通过USB2接口或者并行端口与PC机连接.探测器敏感元的面积为25#mx500#IU,具有很高的灵敏度.一个2.5MHz的数字转换器能够在lms内获得一张近红外光谱图.一个任选的锂离子电池便能让光谱仪连续工作6小时并能让制冷机把探测器致冷到一10 ℃.这种光谱仪的主要用途是化学分析.口顾聚兴INFRARED(MONTHL Y)/VOL.27,NO.8,AUG2006。

新型纳米雷达吸波涂层的制备及其吸波性能研究的开题报告一、课题背景随着现代雷达技术的不断发展，雷达在军事、民用及科研等领域都得到了广泛应用。

然而，在雷达应用过程中，信号返回和干扰会严重影响雷达的探测与辨识能力，因此，吸波材料的研究和应用也在不断发展。

目前，纳米材料在吸波材料研究中受到了广泛关注。

由于其特殊的电磁性质，纳米材料具有较强的吸波性能，可以有效地降低雷达的反射损耗。

因此，利用纳米材料制备吸波涂层已成为研究的热点之一。

二、研究内容本课题旨在研究新型纳米雷达吸波涂层的制备及其吸波性能，具体研究内容包括：1. 纳米吸波材料的制备：选择适宜的纳米材料，如纳米铁、纳米铜等，并通过化学法或物理法制备出具有较好电磁性能的纳米材料。

2. 吸波涂层的制备：利用纳米材料制备吸波涂层，并通过多组分复合法或表面修饰法进行调制，使吸波性能更加优异。

3. 吸波性能测试：通过常用测试方法，如微波暗室测试、复合材料测试等，测试吸波涂层的吸波性能，并对测试结果进行分析和评价。

三、研究意义本课题研究新型纳米雷达吸波涂层的制备及其吸波性能，将对提高我国雷达技术水平，保障国家安全具有重要意义。

同时，该研究成果也有望在民用领域中得到广泛应用，如电子设备、建筑材料等领域。

四、研究难点1. 纳米材料的制备要求高纯度、纯度的控制难度较大；2. 纳米材料的制备和吸波涂层的制备技术较为复杂，需要找到适宜的制备方案；3. 吸波涂层需要符合应用场景，选择合适的涂层制备方案。

五、研究方法1. 采用化学合成、物理制备等多种方法制备并表征纳米吸波材料；2. 采用多组分复合法或表面修饰法制备吸波涂层，并对其性能进行测试和评价；3. 通过微波暗室测试、复合材料测试等方法测试吸波涂层吸波性能，并对测试结果进行分析和评价。

六、研究计划1. 第1-2月：查阅相关文献，研究现有吸波涂层制备和测试方法，明确研究方向和目标；2. 第3-5月：制备纳米吸波材料，并对其进行表征；3. 第6-8月：制备吸波涂层，并优化制备方案；4. 第9-11月：测试吸波涂层吸波性能，并对测试结果进行分析和评价；5. 第12月：总结整理研究成果，撰写结题报告。

纳米雷达吸波材料的研究1蒋立勇，穆永民，史林兴，李相银南京理工大学理学院，南京(210094)E-mail ：jalyca0510@摘 要： 本文利用电波暗室对三种不同的纳米材料涂层进行了吸波效能测试。

结果表明，以纳米SiC 粉末和纳米Fe 3O 4粉末制成的复合吸波涂层对818GHz 雷达波具有较好的吸收效果，整体小于－10dB 的带宽接近4.2GHz ，吸收峰值为－15.3 dB ；同时其具有较小的面密度和厚度，是一种较好的新一代吸波材料。

此外三种样品涂层中，纳米Fe :3O 4涂层对8mm 波的吸收效果最好，达到－7.988dB 。

关键词：纳米粉末；吸波特性；雷达吸波材料 中图分类号：O4691．引言纳米材料是指粒度分布在l 100nm 之间的超细材料。

由于其特殊结构使得其具有不同寻常的吸波性能，这就为隐身技术的发展带来非常广阔的空间:[1-2]。

一方面，纳米微粒尺寸远小于雷达波波长，对雷达波的透过率大大高于常规材料，这就大大降低了对雷达波的反射率；另一方面，纳米材料的比表面积比常规微粒大34个数量级，对雷达波和红外光波的吸收率也比常规材料高得多。

此外，随着颗粒的细化，颗粒的表面效应和量子尺寸效应变得突出，颗粒的界面极化和多重散射成为重要的吸波机制，量子尺寸效应使纳米颗粒的电子能级发生分裂，其间隔正处于微波能量范围(10:－2:10－5eV)从而形成新的吸波通道[3]。

SiC 是一种很好的耐高温隐身材料,常规尺寸下主要依靠介电损耗实现吸波,同时通过掺杂改相可以提高其吸波效能[4-6]；纳米Fe 3O 4则是一种非常好的磁损耗吸波材料[7-8]。

本文则主要对这两种纳米材料的吸波特性进行实验研究,为研制新一代雷达吸波材料（英文简写为RAM ）提供实验依据。

2．样品的制备及测试方法2.1 吸波涂层样品的制备样品涂层所用填料为纳米SiC 粉体及纳米Fe 3O 4粉体，由合肥开尔纳米技术发展有限公司生产，平均粒径分别为40nm 和30nm 。

吸波材料简介1、定义所谓吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。

在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。

2、吸波原理分类吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：其一，电阻型损耗，此类吸收机制和材料的导电率有关的电阻性损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转化成为热能。

其二，电介质损耗，它是一类和电极有关的介质损耗吸收机制，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。

电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等。

其三，磁损耗，此类吸收机制是一类和铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应等，其主要来源是和磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。

此外，最新的纳米材料微波损耗机制是如今吸波材料分析的一大热点。

3、材料种类随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。

在机场，飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。

因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。

吸波材料按材料分类主要分为：铁氧体吸波材料，是利用磁性材料的高频下损耗和磁导率的散射来吸收电磁波的能力。

金属超微粉吸波材料，金属材料因居里点高（770K）而耐高温，Ms可达铁氧体的3-4倍，金属自然共振频率比铁氧体高得多，有更好的吸收性能，但是块状金属吸波材料会受到金属趋肤效应的限制。

随着金属或合金的粒度减小，材料对电磁波的吸收性能逐步增加，反射性能逐渐减弱。

多晶铁纤维吸波材料，多晶铁纤维吸波材料包括Fe、Ni、Co其合金纤维，具有较高的磁导率和导电率。

纳米吸波材料，当颗粒尺寸减小到10-100nm时，粒子的物理和化学性能发生巨大的变化，粒子表面原子所占比例变大，不同能级跃迁就可以吸收不同波段的能量，与聚氨乙烯混合组成复合吸收体，就可以对毫米波、远红外、近红外有很强的吸收，可谓是宽频带吸波材料。

吸波材料的特性与应用吸波材料是一种具有特殊物理性质的材料，其主要特点是能够吸收入射到其表面的电磁波，并将其转化为热能或其他形式的能量。

这种材料在电磁波的控制和管理方面具有重要的应用价值。

本文将从吸波材料的基本特性和应用方面进行讨论。

首先，吸波材料的特性主要取决于其化学成分和内部结构。

一般来说，吸波材料需要具备一定的导电性、磁性和介电性。

导电性使得材料能够有效吸收电磁波的能量，磁性可以增加材料对于电磁波的吸收能力，而介电性则可以调节材料对不同频率电磁波的吸收效果。

此外，吸波材料还需要具备一定的机械性能，例如强度和耐热性，以保证其在实际应用中的可靠性和稳定性。

其次，吸波材料具有广泛的应用领域。

其中一个主要应用领域是电磁波隐身技术。

吸波材料可以用于制作飞机、舰船等军事装备的外壳，有效地减弱或屏蔽入射电磁波的反射和散射，使其在雷达等电磁感测系统中难以被探测到。

此外，吸波材料还可以用于制作电磁波屏蔽材料，在电磁干扰环境下保护电子设备的安全运行。

另一个重要应用领域是微波和射频技术。

吸波材料可以用于制作微波窗口、射频天线罩等器件，以避免微波或射频信号的干扰和衰减。

此外，在电子设备的电磁兼容性设计中，吸波材料可以用于消除电磁辐射和干扰，保证设备的正常运行。

吸波材料还可以应用于无线通信和雷达技术。

在无线通信中，由于信号传播过程中会发生衰减和干扰，吸波材料可以用于改善信号质量和增强通信距离。

在雷达技术中，吸波材料可以用于制作雷达反射板，减少反射和散射，从而提高雷达系统的探测和跟踪性能。

此外，在电子设备防护和电磁环境监测方面，吸波材料也发挥着重要作用。

吸波材料可以用于制作电磁屏蔽腔室，阻止电磁波的传播和干扰，保护设备免受外部电磁波的影响。

同时，吸波材料还可以用于制作电磁波吸收体，实时监测和分析周围电磁波的能量和频率分布。

综上所述，吸波材料具有独特的特性和广泛的应用领域。

在电磁波的控制和管理方面，吸波材料可以实现传输性能的优化、信号干扰的减少、电子设备的保护以及电磁环境的监测等重要功能。

新型纳米吸波涂层材料的研究进展：1引言随着现代军事技术的迅猛发展，世界各国的防御体系被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大，军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重威胁。

隐身技术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，已经成为集陆、海、空、天、电、磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视。

现代化战争对吸波材料的吸波性能要求越来越高，一般传统的吸波材料很难满足需要。

由于结构和组成的特殊性，使得纳米吸波涂料成为隐身技术的新亮点。

纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，一般是由尺寸在1～100nm的物质组成的微粉体系。

2纳米吸波涂层的吸波原理和结构特性吸波材料的吸波实质是吸收或衰减入射的电磁波，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转变成热能或其它形式的能量而耗散掉。

吸波材料一般由基体材料与吸收介质复合而成。

吸波材料可以分为电损耗型和磁损耗型2类。

电损耗型材料主要靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波。

磁损耗型材料主要是靠磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来引起电磁波的吸收和衰减。

由于纳米晶粒细小，使其晶界上的原子数多于晶粒内部的，即产生高浓度晶界，使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能。

纳米微粒具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、介电效应和宏观量子隧道效应等。

纳米材料之所以具有非常优良的吸波性能，主要是以下原因：首先，纳米材料具有高浓度晶界，晶界面原子的比表面积大、悬空键多、界面极化强，容易产生多重散射，在电磁场辐射作用下，由于纳米粒子的表面效应造成原子、电子运动的加剧而磁化，使电磁能更加有效地转化为热能，产生了强烈的吸波效应;其次，量子尺寸效应的存在使纳米粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正处于微波的能级范围，从而成为纳米材料新的吸波通道;此外纳米离子具有较大的饱和磁感、高的磁滞损耗和矫顽力，使得纳米材料具有涡流损耗高、居里点及使用温度高、吸波频率宽等性能。

第八章隐身技术及隐身材料简介§8.1 雷达隐身技术及吸波材料§8.1.1 雷达隐身技术现代军事技术的迅猛发展，世界各国的防御体系被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大，军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重威胁。

因而，武器的隐身得到了广泛的重视，并迅速发展，形成一项专门技术——隐身技术（stealth technology）。

它作为一项高技术，与激光武器、巡航导弹被称为军事科学上最新的三大技术成就。

隐身技术是指在一定范围内降低目标的可探测信号特征，从而减小目标被敌方信号探测设备发现概率的综合性技术。

现代隐身技术按目标特征分类，可分为可见光隐身技术、雷达或微波隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术和声波隐身技术，其中雷达隐身占60%以上，因而雷达波隐身技术是当前隐身技术研究的重点[1]。

雷达隐身涂料的发展使得隐身目标的战场生存能力和武器系统的突防能力得到了极大的提高，并在近十年的局部战争中发挥了重大作用，影响了现代战争的模式和概念。

早在20世纪30年代，荷兰就首先将吸波材料用于飞机隐身[2]。

其后，德、美等国也将吸波材料用于飞机和舰艇。

到60年代，美国将吸波材料用于Ｕ-2、F-117等飞机上。

80年代中后期相继面世的美国隐形飞机无疑代表了吸波材料实际应用的巨大成就。

其中，最有代表意义的是Ｆ-117、Ｂ-2、Ｆ-22等隐形飞机。

Ｆ-117隐身战斗机成功并系统地运用了各种缩减雷达散射截面的措施，使其ＲＣＳ值减小到0.025ｍ2；Ｂ-2隐形轰炸机的ＲＣＳ值为0.1ｍ2；而人的RCS值为1m2[3]。

雷达隐身技术的核心是缩减目标的雷达截面积（RCS）。

减少武器RCS值的途径主要有三条：（1）外形隐身技术。

通过外形设计来消除或减弱散射源，特别是强散射源。

（2）阻抗加载技术。

通过加载阻抗的散射场和武器的总散射场互相干涉来减少RCS。

（3）材料隐身技术。

通过材料吸收或透过雷达波来减少RCS值。

新型纳米吸波材料研究现状与进展前言：随着现代无线电技术和雷达探测技术的迅猛发展，飞行器探测系统的搜索和跟踪目标能力获得了很大提高，传统作战武器系统受到的威胁越来越严重，隐身技术作为提高武器系统生存、突防及纵深打击能力的有效手段，已经成为各军事强国角逐军事高新技术的热点之一[1，2]。

吸波材料是实现武器装备隐身的重要手段，其开发和应用是隐身技术发展的重要内容。

近年来，国内外诸多学者在研究并改进传统的吸波材料的同时，对新型吸波材料进行了一些有益的探索，吸波材料的超细化成为目前国内外研究重点之一。

纳米材料是指材料的组份特征在纳米量级（1nm～100nm）的材料，纳米晶粒和由此产生的高浓度晶界是它的两个重要特征[3]。

纳米材料的独特结构使其具有量子尺寸效应、表面与界面效应、体积效应以及宏观量子隧道效应等，在光、电、磁等物理性质方面发生质变，不仅磁损耗增大，且兼具吸波、透波、偏振等多种功能。

因此，纳米吸波材料在具有良好吸波性能的同时，兼备了宽频带、兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，是一种极具发展前途的隐身材料，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[4]。

美国研制的一种“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率大于99%，该方面的研究正向覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光频段的纳米复合材料扩展[5]。

法国研制的一种宽频吸波涂层由粘结剂和纳米级微屑填充材料构成，纳米级微屑由超薄无定型磁性薄层（厚3nm）及绝缘层（厚5nm）堆叠而成，绝缘层可以是碳或无机材料。

这种多层薄膜叠合的夹层结构材料具有很好的微波磁导率，在0.1～10GHz 宽频带内磁导率的实部和虚部均大于6；与粘结剂复合成的吸波涂层在50MHz～50GHz 频率范围表现出良好的吸波性能[6]。

1 纳米材料的吸波机理纳米吸波材料对电磁波，特别是高频电磁波具有优良的吸波性能，但其吸波机理相当复杂，国内外尚没有统一的观点，通常都是从普通纳米材料本身的性质出发，提出若干可能的吸波机理。

1 概论1.1 吸波材料概述微波吸收材料是一种能够吸收电磁波而反射、散射和透射都很小的功能材料。

宽带吸波材料的设计从两个方面出发：一是怎么才能使入射波进入材料中而不是简单地被反射；二是一旦入射波进入吸波材料内部，怎样才能提供所需的能量吸收程度。

这两个要求经常是相互矛盾的，因而必须对带宽、性能水平和吸波材料的厚度进行折中。

微波吸收材料的应用领域很广，主要的范围包括：（1）雷达在工作时由于附近某些多重反射、杂乱回波及彼此干扰而影响了系统的正常工作性能和可靠性，应用吸波材料可以抑制这些干扰、改善天线方向图，提高雷达侧向测距准确度。

（2）微波设备使用中需要消除环境干扰或内部吸收屏蔽以防止微波泄漏，多种微波与案件，如吸收匹配负载、衰减器件、等效天线等也常应用吸波材料。

（3）微波暗室内铺设吸波材料以获得满足部件和系统测试所需要的等效“自由空间”。

（4）随着人们对军用目标雷达特征性能研究的深入，各种高性能的雷达吸波材料（RAM）应运而生以满足各种武器装备的特殊要求。

雷达隐身技术主要是指对工作在3 MHz～300GHz范围内雷达的隐身技术,其中厘米波段( 2～18GHz)是非常重要的雷达探测波段,也是现阶段世界各国力求突破的超宽频带雷达隐身技术研究的重点[f]。

（5）微波吸收材料在民用领域中，如微波炉、电视、移动电话等也有广泛地应用[c]187。

1.2 吸波材料的特性和分类吸波材料的设计实质是自由空间和导电表面有损耗的匹配网络的设计。

在减少反射的同时提供损耗是吸波材料应用中关键的思想。

工作原理可以分为以下几个类型：（1）副导磁率与复介电常数基本相等的吸收体（2）1/4波长“谐振”吸收体（3）阻抗渐变“宽频”吸收体（4）衰减表面电流的薄层吸收体理想的吸波材料应当具有吸收频带宽、质量轻、厚度薄、物理机械性能好等特点。

吸波材料的主要类型有：涂料型吸波材料、贴片型吸波材料、泡沫型吸波材料、吸波腻子、吸波复合材料（层板型和夹层型）等。

纳米材料在隐身技术中的应用隐身技术:即采用多种手段来降低己方目标的显著性，使其不被对方的侦察和探测系统发现，从而降低目标的识别概率。

目前，常见的隐身技术有可见光、红外、雷达、激光、声波及多波段隐身技术等。

纳米隐身材料特点:隐身材料可以改变目标的表面特征及电磁吸收性能，降低其显著性，从而提高其战时生存能力，是隐身技术中的重要组成部分。

其中，纳米材料由于其独特的理化性能及优良的电磁吸收特性，成为最具潜力的功能型隐身材料。

纳米隐身材料是指由纳米材料与其他材料复合而成的功能型隐身材料，多应用于工程、装备的表面及结构涂层中，该类涂层具有以下特点:质量轻、厚度薄、红外发射率低、良好力学性能、吸波特性。

隐身作用机理:①小尺寸效应:当远大于其自身尺寸的红外及雷达等电磁波穿过时，波的透过率高，反射率减少，从而使探测器的接收信号减弱。

②表面效应:与常规材料相比，纳米粒子的比表面积增大，当电磁波穿过时，会发生多重散射。

同时，随着表面原子数的增多，粒子表面活性增强，产生磁化现象，电磁能转化为热能，从而有利于电磁波的吸收。

③量子尺寸效应:粒子电子能级产生变化，形成新的吸波效应。

同时，量子尺寸影响材料吸收边的位移，从而对吸收带宽产生作用。

纳米隐身材料的应用1)纳米材料在可见光隐身技术中的应用真正意义上实现可见光隐身，即在人眼视觉下实现目标隐身，具有相当大的技术难度。

然而，近年来世界各国研究人员根据光的反射、折射等原理，在此方面开展了一系列的研究，成果显著。

例如:纳米金属针隐身材料、具有可变折射率的超材料、将纳米颗粒添加到发烟材料中等。

2)纳米材料在红外隐身技术中的应用将纳米材料应用于纳米红外隐身涂层材料中,可以明显增强目标的红外隐身性能。

研究发现，高介电常数的金属及半导体材料因其特殊的微观结构、颗粒形貌、取向分布等特点，使其能够有效反射电磁波，是最主要的低发射率材料。

例如: Ag纳米线、纳米二氧化硅UG-SP10/纳米氧化铝UG-L30纳米复合粉体、纳米氧化锌UG-J30、纳米氧化钢锡(ITO)、纳米掺锑二氧化锡UG-G06(ATO)等。