吸波材料研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

摘 要:主要介紹了傳統(tǒng)型和新型吸波材料吸波原理、材料種類及其特點以及應用現(xiàn)狀，指出了吸波材料的發(fā)展趨勢。

關鍵詞:隱身吸波材料新型吸波劑

中圖分類號:TB3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0064-01

隨著雷達探測技術的迅猛發(fā)展，世界各國的軍事防御體系及飛行器被敵方探測、跟蹤和攻擊的可能性越來越大，軍事目標的生存能力受到了嚴重的威脅。為此，發(fā)展隱身技術就成了軍事技術發(fā)展的重要方向。而作為隱身技術的最重要組成部分—吸波材料的研究成為各軍事強國角逐軍事高科技的熱點之一。吸波材料按不同研究時期劃分，可分為傳統(tǒng)和新型吸波材料。

1 傳統(tǒng)吸波材料

1.1 導電碳黑，石墨，碳纖維

石墨很早就被用來填充在飛機蒙皮的夾層中，吸收雷達波，美國用納米石墨做吸波劑制成石墨-熱塑性復合材料和石墨環(huán)氧樹脂復合材料稱為“超黑粉”納米吸波材料[2]，對雷達波吸收率大于99%，低溫下保持很好韌性。有研究表明，在透波材料中摻入炭黑，可使材料的介電常數(shù)增大，且可以減小電磁波吸收厚度，從而減輕電磁波吸收體的質量。

碳纖維是結構隱身材料最常用的一種增強纖維，并經(jīng)過實戰(zhàn)考驗。現(xiàn)有的很多國外隱身飛機都部分地采用了碳纖維吸波材料，有的碳纖維或其復合材料在機身中用量達30%～50%。隱身用的特種纖維截面不是圓的，而是三角形，四方形或多邊形。碳纖維的缺點是抗氧性差，在空氣中難以承受較高的使用溫度。

1.2 鐵氧體

磁性材料中的鐵氧體既是透波材料又是吸波材料，具有透波和吸收雙重功能，這種磁性吸波涂層頻段相對比較寬，是對厚度要求嚴格的隱身材料中不可缺少的材料。

單一鐵氧體吸收劑工作頻帶窄，一般最大只有2～3GHz，為了拓寬頻寬一般加入其他磁性材料。如用于厘米波段的鋰-鎘鐵氧體，用于毫米波段的鎳-鋅鐵氧體和用于加寬頻段的鋰-鋅鐵氧體[1]。還有在鋇鐵氧體中加入Co，形成c面各向異性的Ba3Co2Fe24O41，被廣泛研究，在微波范圍也體現(xiàn)較好的性能。Ti、Ni、Mg等均有報道[3～4]。

鐵氧體作為吸波劑應用時，主要存在比重大的問題。近年來，一些國家正研制新組成的鐵氧體粉末，具有頻帶寬、質量輕、厚度薄及吸附力能力強等特點。一是把鐵氧體制成超細粉末，大大降低其密度，改變其磁電光等物理性能，提高鐵氧體的吸波性能;二是制造含有大量游離電子的鐵氧體或在鐵其內加入少量放射性物質，在雷達波的作用下，游離電子作急劇循環(huán)運動，消耗電磁能，使其吸波性能提高。三是研究新型“鐵球”吸波涂層，在空心玻璃微球表面涂上鐵氧體粉，或制成空心微球。除此以外，將立方晶體、六方晶體和反鐵氧體通過改變化學成分、粒徑、分布、表面處理技術等也取得了較大進展。日本研制出一種由阻抗變換層和低阻抗諧振層組成的雙層結構寬頻高效吸波涂料，可吸收1～2GHz的雷達波，吸收率約為20dB。目前國內鐵氧體吸波材料的水平在8～18GHz范圍內，全頻段吸收率為10dB，面密度5kg/m2，厚度約為2mm。

2 新型的吸波劑

2.1 等離子體隱身

等離子體研究始于20世紀中葉，等離子體吸收主要是20GHz以內的厘米波，對米波和毫米波基本上沒有吸收。目前已由早期的自由態(tài)等離子體隱身技術逐漸發(fā)展到目前的內封閉等離子體隱身技術[5]。自由態(tài)等離子體是通過在目標上涂敷放射性物質或安裝等離子體發(fā)生器在武器表面形成等離子體氣團，從而達到吸收、折射敵方雷達波的目的。內封閉等離子體隱身技術是將目標的重點部分的單層結構改成雙層結構，最外層采用玻璃鋼等高強度的透波材料，將等離子體或惰性氣體充于雙層蒙皮之間，主要是實現(xiàn)目標的重點強反射部位隱身。

2.2 納米隱身

由于納米材料具有一系列特殊的結構，使其在光電磁等物理性質方面發(fā)生質的變化，具有的特殊效應，不僅磁損耗增大，而且兼具吸波、透波偏振等多種功能。

金屬鈉米粉對高頻至光波頻率范圍內的電磁波具有優(yōu)良的衰減性能，但吸收機制還不太明確。采用多相復合的方式制成納米金屬與合金吸收劑，其吸收性能優(yōu)于單向納米金屬粉體，影響吸收的主要因素是復合體中的各組元的比例、粒徑。陳利民等研究了平均粒徑大小為10nm的γ-(Fe，Ni)合金的微觀結構和微波吸收特性[6]，該材料在厘米波段和毫米波段均具有優(yōu)異的微波吸收性能，最高吸收率可達99.95%。同時，金屬AL、Co、Ti、Cr、Nd、Mo等的超細粉作為微波吸收劑的也有報道。

2.3 導電高聚物

導電高聚物是指某些共軛的高聚物經(jīng)過化學或電化學摻雜，使其電導率由絕緣體轉變?yōu)閷w的一類高聚物的統(tǒng)稱，主要是聚吡咯、聚苯胺、聚已炔和噻吩。其不僅具有高聚物的高分子設計和合成、結構多樣化、密度小和易復合加工的特點，還具有半導體和金屬的特性。

目前改善導電高聚物的磁損耗的方法有:使導電高聚物納米化、形貌管狀化、制備導電高聚物以及使高聚物智能化等方法。Faez.R等[7]研制了摻雜的EPDM/PANI，在8～12GHz范圍的微波衰減達到15dB。

3 結語

(1)對現(xiàn)有的炭黑，鐵氧體等傳統(tǒng)的吸波劑，繼續(xù)優(yōu)化吸收劑的粒度(納米化)，形貌和組成，通過表面或空心處理等多種手段使其性能進一步提高。

(2)為了拓寬吸收頻寬，保持吸波基體的連續(xù)性和傳輸通道的網(wǎng)絡化;將吸波基體中的吸波劑孤島化，區(qū)域化，使得電磁波能夠充分進入吸波體中得到衰減。

(3)加強多頻譜吸收劑研制即多功能隱身材料的開發(fā)，將不同性能的吸收劑通過復合，充分發(fā)揮各自優(yōu)點，拓寬對電磁波的吸收頻段。

參考文獻

[1]劉順華，劉軍民等電磁波屏蔽及吸波材料[M]北京化工工業(yè)出版社，2006.9.

[2]張衛(wèi)東，吳伶芝，馮曉云，等.納米雷達隱身材料研究進展[J].宇航材料工藝，2001，(3)1-3.

[3]陳世釵，賈利軍，羅俊等，NiCuZn鐵氧體的組成對PZT/NiCuZn材料性能的影響[J].2009.vol.28 No.10:7-11電子元件與材料.

[4]ZhangYi， Wang Kai. Ren Zhiyuan，Structure and m agnetic properties of Zn ferrite nanoparticles ，Journal of Southeast， University (Eglish Edition) [J].Vol 25No.3，408- 412 Sept 2009.

[5]韋萍蘭，何立萍。等離子體隱身技術的發(fā)展現(xiàn)狀.導彈與航天運載技術[J].No.5 2009:22-25.

[6]陳利民，斤家鐘，朱雪琴.納米Y-(Fe，Ni)合金顆粒的微觀結構及其微波吸收特性[J].兵器材料科學與工程，1999，22(4):3-6.

[7] Faez R.Martin I M. et al. Synthetic Metals，2001.119(1-3):435.