雷达吸波材料的研究进展

雷达吸波材料的研究进展*

李金儡,陈康华,范令强,彭伟才,黄兰萍(中南大学粉末冶金研究院国家重点实验室,湖南长沙410083)

摘要:根据电磁波在介质中的传播理论,详细地介绍了雷达吸波材料的吸波原理;综述了各种雷达吸波材料的特点、性能、应用现状以及发展趋势;列举了几种新型雷达吸波材料的吸波原理、吸波性能与应用现状;展望了雷达隐身材料的发展趋势。

关键词:雷达吸波材料;新型吸波材料;纳米吸波材料

中图分类号:TN972.44文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)0821151204

1引言

为了提高国防体系中地面军事目标的生存力与武器系统的突防和纵深打击能力,发展和应用雷达隐身技术已经成为国防体系发展的重要方向。雷达隐身技术是通过减弱、抑制、偏转目标的雷达回波强度或减小雷达散射截面积(RCS),来降低敌方雷达对目标的发现概率。其中能够实现雷达隐身技术重大突破的途径主要是发展高效的雷达吸波材料。

2雷达吸波材料的设计基础

吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量,并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其它形式的能量的一类材料。电磁波吸波材料和吸波结构的设计原理需建立在电磁波在介质中的传播理论基础之上。良好的吸波材料必须具备两个条件:(1)是当电磁波传播、入射到材料表面(表层)时,能够最大限度地使电磁波进入到材料内部,以减少电磁波的直接反射,这就要求在设计材料时,要充分考虑其电磁匹配特性;(2)是当电磁波一旦进入材料内部,要设法做到对入射电磁波的有效吸收或衰减,这就要考虑材料的衰减特性。微波技术中的基本宏观参数为阻抗Z和传播常数k,可用介电常数E和导磁参数L来表达。因此,研究物质介电常数与导磁率频率特性、实部和虚部的关系是研究雷达吸波材料(RAM)性能的基础。

对一般的材料来说,其介电常数E与磁导率L可写成以下形式:

E=E c-i E d L=L c-i L d(1)式中E d与L d分别表示材料的介电损耗与磁损耗,当E d与L d均为零时,电磁能无损耗。由电磁场的波动方程可以导出电磁波在介质中的传播常数k(又称波数或复波数):

k=2P f

c L E

=k c-ik d(2)式中k c为传播系数,k d是电磁波的衰减系数,当E d =L d=0时,k d=0,电磁波不衰减。当在有损耗媒质中传播时,波在传播方向是按e-k d而衰减的,k d值越大,电磁波衰减程度也就越大。对一维电磁波沿x方向传播来说,吸收介质的电磁波能量损耗为:

Q x=

E2m k d

|Z|cos(U z)e-2k d x

(3)

式中E m为电场的复振幅;Z为介质的波阻抗,真空的波阻抗Z0=

L0

E0

(L0和E0分别为自由空间的磁导率和介电常数)。一般介质中:

Z=Z0

L

E

(4)

另一方面,介质对电磁波的反射系数R为(以电磁波从自由空间垂直入射为例):

R=

Z-Z0

Z+Z0

(5)

若不发生反射,则

L

E

=

L0

E0

(6)

式中Z与Z0分别是介质层的特性阻抗与自由空间的波阻抗。

由以上各式可看出,材料的介电常数与磁导率对电磁波的吸收与反射都具有直接的影响。更进一步的分析可以知道,材料的复介电常数E d与复磁导率L d很大时,复波数k d才能较大,才有最有效的吸收。在这个意义上说,理想导体(金属)具有最有效的吸收。然而,电磁波入射到材料上,除了吸收之外,还发生界面反射,这种现象是由于电磁波传播的原介质波阻抗与吸波材料的波阻抗不匹配引起的[1],这种不匹配越大,反射系数就越大。为了使电磁波的能量无反射地被材料吸收,要求材料的特性阻抗等于传输线路的特性阻抗;对于在自由空间传播的电磁波而言,其归一化阻抗等于1。但在实际的吸波材料制作中可以发现,阻抗匹配与有效吸收是一对矛盾。因而要制出良好的吸波材料,就必须同时考虑这两个方面,设法做到既能有效吸

*基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2003AA305940)

收到初稿日期:2004211215收到修改稿日期:2005201205通讯作者:李金儡作者简介:(1980-),女,安徽亳州人,在读硕士,师承陈康华教授,从事雷达隐身材料的研究。

波,又能阻抗匹配。

3雷达吸波材料的种类

吸波材料的分类方法很多,主要有3类。按照材料损耗机理,吸波材料可分为电介质型和磁介质型。钛酸钡之类属于电介质型吸波材料,其机理为介电极化弛豫损耗[2,3];磁介质吸波材料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电磁波[4],这类材料有铁氧体、多晶铁纤维和纳米相材料等。

按吸收原理,吸波材料可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料主要是材料本身对雷达波损耗吸收;干涉型是利用吸波层表面反射波和底层反射波的振幅相等、相位相反进行干涉抵消。

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。结构型吸波材料,通常是将吸收剂分散在由特种纤维(如石英纤维、玻璃纤维等)增强的结构材料中所形成的结构复合材料;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涂层。下面我们将按照材料的成型工艺与承载能力来对雷达吸波材料进行分类介绍。

3.1结构型吸波材料

结构型吸波材料是一种多功能复合材料,它既能承载作结构件,具备复合材料质轻高强的优点,又能吸收或透过电磁波,现已获得广泛应用。结构材料经常采用不同的结构形式,其中包括叠层结构、层片复合结构和夹层结构等。

3.1.1碳2碳复合材料

美国威廉斯国际公司研制的碳2碳复合材料适用于高温部位,能很好地抑制红外辐射并吸收雷达波[5]。它具有极稳定的化学键,抗高温烧蚀性能好、强度高、韧性大,还具有优良的吸波性能。碳2碳材料最大缺点是抗氧化性差,在氧化气氛下只能耐400e。但涂有SiC抗氧化涂层的碳2碳材料抗氧化性能大大提高,可发展为高温吸波结构材料。

3.1.2含铁氧体的玻璃钢材料

这种材料质轻、强度和刚度高,日本已将它装备在空对舰导弹(ASM21)的尾翼上,其弹翼也将使用这种材料改装,使其隐身性能大为提高。

3.1.3碳纤维复合材料

美国B22隐身轰炸机的蒙皮就是一种六角形蜂窝夹芯、碳纤维2环氧吸波结构材料[6]。据称,这种碳纤维截面为方形,表面沉积有一层微小孔穴的碳层,可有效地提高碳纤维的雷达吸波性能。同时,这种碳纤维结构复合材料能吸收辐射热,而不反射辐射热,既能降低雷达波特性,又能降低红外线特征。

3.1.4碳化硅纤维复合材料

碳化硅纤维中含硅,不仅吸波特性好,能减弱发动机红外信号[7],而且具有耐高温、相对密度小、韧性好、强度大、电阻率高等优点,但仍存在电阻率太高等问题。将碳、碳化硅以不同比例,通过人工设计的方法,控制其电阻率便可制成耐高温、抗氧化、具有优异力学性能和良好吸波性能的SiC2C复合纤维。

另外,结构型吸波材料还有混杂纤维增强复合材料、特殊碳纤维增强的碳2热塑性树脂基复合材料、导电复合材料、玻塑材料和陶瓷型吸波材料等。

3.2涂覆型吸波材料

涂敷型雷达吸波材料吸波剂由有机粘合剂基体和吸波添加剂组成,吸波添加剂起关键作用。目前,吸波剂种类较多。其中导电聚合物吸波频率范围窄,且无相匹配的粘合剂,尚处于研究阶段;而SiC等陶瓷主要用作高温吸波剂。具有普遍实用价值的是铁氧体、金属与氧化物颗粒、导电磁性纤维[8,9]。

4雷达吸波材料的研究进展

隐身吸波材料发展的关键是研制性能优异的雷达波吸收剂。传统的吸收剂主要包括石墨、铁氧体、金属微粒、金属纤维、碳纤维、碳化硅纤维等,所制成的吸波材料厚度一般高达5~10mm。80年代中后期研究了一系列新型吸收剂:导电高分子吸收剂、纳米材料、多晶铁纤维、手征材料、智能材料等,给吸收剂的研究引入了新的吸收机理。在过去的10多年中,传统和新型吸收剂都有较大发展,如传统的吸收剂铁氧体研究采用平面六角晶型铁氧体代替了尖晶石型铁氧体,不仅吸收频率上限大大提高,同时,吸收层厚度显著下降。而一些新型吸收剂如多晶铁纤维也以优异的性能进入应用阶段。

4.1铁氧体

铁氧体价格低廉,是发展最早较为成熟的吸波剂。在应用于雷达吸波材料优化设计时,要考虑与其它介质材料的匹配,即需要特定的L(X)和E(X)材料,并采取分级层状结构,以实现宽带雷达波吸收特性;磁畴的自然共振是铁氧体吸收电磁波的主要机制[10],当交变电磁场角频率与共振频率相等时,铁氧体大量吸收电磁波能量。按微观结构的不同,铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型,它们均可作吸波材料。许多研究表明,3种铁氧体中六角晶系磁铅石型吸波材料的性能最好。六角晶系磁铅石型铁氧体为片状颗粒,而片状颗粒是吸收剂的最佳形状[11];其次六角晶系磁铅石型铁氧体具有较高的磁性各向异性等效场[12,13],因而有较高的自然共振频率。

对铁氧体的研究与应用较多。美国F2117A战斗机应用了铁氧体吸波涂层。日本NEC公司对铁氧体吸波材料作了改进,在衰减为-10dB时,频带宽7GH z (6~13GH z),在衰减-20dB时,频带宽3.7GH z(8.5 ~12.2GH z),总厚度4.7mm,单位面积质量8kg/ m2[14]。目前,国内铁氧体吸波材料的性能水平低于国外,在8~18GH z的频率范围内,反射衰减达到

10dB[8]。铁氧体吸波涂层存在的问题是比重大、吸波频率不够宽、要求涂层较厚、高温特性差。其发展方向是与超细纳米粉末和导电磁性纤维吸波剂复合,提高吸波性能。将铁氧体超细化、掺杂提高其游离电子含量,涂于空心玻璃微球表面等方法也是提高其吸波性能的途径。

4.2金属微粉

金属微粉吸收剂具有:(1)居里温度高(770K),温度稳定性好;(2)在磁性材料中,磁化强度最高,微波磁导率较大;(3)介电常数较大。在吸波材料领域得到了广泛应用。它主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收电磁波。金属微粉吸波材料已应用于实际隐身。如美国F/A218C/D/大黄蜂0隐身飞机使用了羰基铁微粉吸波材料。

金属微粉吸波材料主要有两类:(1)是羰基金属微粉吸波材料;(2)是通过蒸发、还原、有机醇盐等工艺得到的磁性金属微粉吸波材料。羰基金属微粉包括羰基铁、羰基镍、羰基钴,粒度一般为0.5~20L m,其中羰基铁微粉是最为常用的一种。将羰基铁微粉与硅橡胶DC805均匀混合,吸收剂质量比为90%时,反射率在2 ~10GH z频率范围内均低于-10dB[15]。另一类磁性金属微粉,包括Co、Ni、CoNi、FeNi等。磁性金属微粉兼有自由电子吸波和磁损耗,磁导率、介电常数大,电磁损耗大,L d和L c随频率上升而降低,有利于达到阻抗匹配和展宽吸收频带,再加上磁性金属及合金粉末温度稳定性能好等优点,使其成为吸波材料的主要发展方向。目前主要使用的磁性金属粉是微米级(1~ 10L m)纯Fe、Co、Ni及其合金粉[16]。法国巴黎大学研究了微米级Ni、Co粉末吸波性能,发现在1~8GH z 内有最大值,如1.4L m的Ni粉,在f=1.4GH z时,L c =8,L d=5[17]。但作为吸波材料,要求材料具有较高的电阻率,否则电磁波将产生反射,而不是吸收。因而导电金属粉末的填充率不可能很高,故金属粉类的吸波材料的低频磁导率小。目前磁性金属粉面临的主要问题是低频(<2GH z)吸收性能不理想,比重较大。因此,纳米金属粉末的吸波性能研究受到国内外广泛重视。

4.3导电磁性纤维

无论从实验,还是从理论计算结果看,吸收剂的颗粒形状对吸波性能都有很大的影响,据文献[11]的报道,当吸收剂颗粒为圆片或针形时,其吸收能力明显大于球形。同时,导电纤维能起半波谐振子作用,产生感应场,激发耗散电流使电磁波能量转为热能。导电磁性纤维本身同时具有很好电磁特性,加入材料中可作为电偶极子来调节介电常数[18,19]。与传统的吸波材料相比有如下特点:(1)质量可降低40%~60%;(2)增加材料强度;(3)工作频带宽;(4)能同时吸收表面行波;(5)具有较好的斜入射特性。

日本NEC[20]和同济大学[21]的研究表明,在铁氧体吸波涂料中加入金属短纤维可大幅提高吸波效应,并展宽吸波频带。法国在吸波涂料中添加1~5L m,长度50~500L m的导电磁性羰基铁纤维,利用其磁损耗和涡流损耗效应,大幅展宽吸收频带,提高了吸收效果,并可减重40%~60%,该涂料已用于法国战略导弹的隐身[9]。虽然金属纤维吸波效果良好,但由于其导电性好,添加量较高时,杂乱分布的纤维易于缠结形成导电网络通路,对电磁波产生屏蔽反射,制约吸收效果;此外,纤维缠结会使高含量纤维涂料的流动性和致密性大为降低,实际涂覆极为困难,急待研究解决。4.4磁性片状粉末

葛福鼎等人根据理论通过对羟基铁粉等吸收剂的数值分析得到,吸收剂颗粒为片形时,其吸收能力明显大于球形或针形[11],其研究结果表明,当电磁波在1~ 20GH z的频率范围内,对吸收剂浓度f=10%、厚度为2mm的吸波涂层,若吸收剂为片形,反射系数最小可达-25dB;若为针形,最小可达-12dB;若为球形,最小只能到-3dB。鳞片状金属粉末已成为国际上研究最多的宽频段复合型烟幕隐身材料[22]。

4.5纳米颗粒、线及薄膜

金属和氧化物纳米颗粒、线及薄膜对宽频微波乃至光波具有优异的超宽频吸收性能。纳米金属与氧化物表面原子数量极大,表面原子能带结构不同于体内,呈现量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米粒子有较高的矫顽力,可引起磁滞损耗,界面极化、多重散射及分子分裂能级激发也是重要的吸波机制;表面电子与晶格及电子间的相互作用,在不同频率的电磁波作用下均能被激发,产生宽频吸波效应。但是,单一的纳米金属粉的吸波性能仍存在频带窄、吸收效果差的缺点,而采取复合方式制得的合金粉体吸波性能优于纯的纳米级金属[23]。目前,美国已经研制出一种称作/超黑粉0的纳米吸波材料,其对雷达波的吸收率高达99%[24]。此外,美国科学家还正在研究覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合吸波材料。对于磁性纳米粉,其粒径与吸波性能有密切关系,因10 ~25nm的铁磁性金属比常规材料的矫顽力大1000倍,磁化率大约20倍,此时具有良好的吸波性能,而当尺寸<10nm时,表现为超顺磁性而失去优异的吸收性。纳米C(Fe,Ni)合金颗粒尺寸为10nm左右时,其在厘米波段和毫米波段具有优异的微波吸收特性,最高吸收频率可达99.95%[25],而且这种纳米合金具有很强的抗氧化性。

纳米氧化物吸收剂主要有单一氧化物和复合氧化物两类,单一氧化物纳米吸收剂主要有Fe2O3、Fe3O4、ZnO、Co3O4、T iO2等纳米微粉,复合氧化物纳米吸收剂主要有LaFeO3、La1-x Sr x FeO3等复合氧化物纳米微粉,不仅吸波性能优异,而且还兼有抑制红外辐射等数种功能。

纳米磁性金属薄膜也具有优异的超宽频吸收性

能。最近,法国科学家将纳米磁性膜与绝缘膜叠层制成吸波剂,加入粘结剂制成吸波涂层。纳米膜吸波剂由超薄不定形磁性薄膜及绝缘层堆叠而成,磁性层厚度为3nm,绝缘层厚度为5nm。据报道,这种多层薄膜叠合而成的夹层结构具有很好的微波吸收性能,频宽达到了50MH z~50GH z[26],超过现有任何材料。

磁性金属纤维可以大幅度提高吸波效应,并有展宽吸波带宽和轻质等特点,若使其向纳米尺度演变,则除了具有一般金属纤维的吸波作用外,还会因纳米效应而强化吸波作用,有望得到一种高效、宽频、轻质的吸波材料。但磁性金属纤维添加量较高时,杂乱分布的纤维易于缠结形成导电网络,对杂乱分布的金属纳米线而言,缠结更加突出。使纳米线形成纳米线阵列是解决的途径。A Encinas2Or opesa,M.Demand等人用径迹刻蚀法制备了聚合物纳米孔模板,用气相沉积法将Cr和Au涂覆到模板的外表面作为后续电沉积的的阴极,然后将Fe、Ni等磁性金属电沉积到纳米孔中,制成了纳米线阵列;利用微波对磁性金属纳米线阵列的磁耦合效应进行了研究,实验表明磁性金属纳米线阵列有吸波作用[27,28]。中南大学陈康华、李金儡等人率先通过对铝板进行阳极氧化,而后在铝的阳极氧化多孔膜中沉积铁、镍等磁性金属纳米线阵列,制成铝基磁性纳米线阵列吸波材料[29]。这种材料具有吸波层薄、吸收率高、与金属基体结合强、易于制备的特点,是一种介于涂覆吸波材料和结构吸波材料之间的新型吸波材料。

5结语

目前,国内外传统的隐身涂料仍以强吸收为主要目标,存在大量突出问题有待解决。较窄的吸收频宽无法对抗宽频段雷达波的综合侦察;吸波效率低,薄涂层达不到吸波要求;厚涂层大幅增加系统重量,影响系统的机动性,且涂层与基体的结合强度不足,易脱落。新型吸波材料则要求满足/薄、轻、宽、强0,各种类型的纳米吸波材料以其优异的吸波性能将成为雷达吸波材料的发展方向之一。

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Current status and developments in radar absorbing materials

LI Jin2lei,CHEN Kang2hua,FAN Ling2qiang,PENG Wei2cai,HUANG Lan2ping

(The Key Laboratory of Research Institute of Powder Metallurgy,

Central South University,Changsha410083,China)

Abstr act:The major research work in the field of radar absorbing materials has been introduced and commented. Through the transmitting theories of electromagnetic wave in mediums,we enucleate the designing mechanism of radar absor bing materials;the developments of structur al microwave absorbing materials and radar absor bing coatings were emphasized.Some kinds of new2developed radar absorbing materials such as electric macromole2 cule and nano2materials are br iefly intr oduced.The developing tr ends of radar absor bing materials(RAM)were forecasted.

Key words:radar absor bing materials;new2developed micr owave absor bing mater ials;absorbing materials of nano2 scale

雷达吸波材料

雷达吸波结构复合材料 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、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。 电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害。研究证实，铁氧体吸波材料性能最佳，它具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。将这种材料应用于电子设备中可吸收泄露的电磁辐射，能达到消除电磁干扰的目的。根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。 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。 雷达吸波结构复合材料主要指纤维增强吸波复合材料和夹层结 构吸波复合材料。纤维增强吸波复合材料一般由玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等增强，树脂基体中填充吸收剂或直接由本身吸收雷达波性能好的纤维与树脂构成。夹层结构吸波复合材料是用透波性能好、强度高的复合材料做成面板，其夹芯制成蜂窝、波纹或角锥结构，在夹芯壁上涂覆吸波涂层或在夹芯中填充轻质泡沫型吸收材料，构成夹层结构吸波材料。 1、吸波复合材料的优点 吸波复合材料不仅具有一般复合材料比重低、比强度高、比模量高的力学优点，同时还能有效地吸收和衰减雷达波，使反射信号显著降低这种特点就决定了吸波复合材料在有效吸收衰减雷达波使飞机

吸波材料

吸波材料 姓名：王丽君 学院：纺织与材料工程学院 专业：材料工程 科目：材料表面与界面工程技术学号：13208520403408

吸波材料 摘要：介绍了吸波材料的吸波原理和吸波材料的分类，以及几种新型吸波材料，如铁氧体吸波材料，纳米吸波材料、手性材料、导电高分子吸波材料，耐高温陶瓷材料，并简单介绍了纳米复合材料的制备方法。 关键词：吸波材料；吸波原理；新型吸波材料；纳米复合材料的制备 信息化战争中，武器平台的高度信息化和电子化，使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。它们除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外，其一举一动还处于红外、雷达、激光等探测器的严密监视之下，使其生存能力和战斗能力面临极大挑战，这样其隐身性能就显得尤为重要。 隐身技术主要涉及材料隐身和结构隐身两大方面。前者是使用吸波材料或涂料；后者是合理地设计武器外形，以提高隐蔽性。再此，不得不提及吸波材料。 1、吸波材料的吸波原理 吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。由于各类材料的化学成分和微观结构不同,吸波机理也不尽相同。材料吸收电磁波的基本条件是：①电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；②进入材料内的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即要求材料满足衰减匹配。 2、吸波材料的分类 目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： (1) 按材料成型工艺和承载能力，可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。前者是将吸收剂(金属或合金粉末、铁氧体、导电纤维等)与粘合剂混合后，涂覆于目标表面形成吸波涂层；后者是具有承载和吸波的双重功能,通常是将吸收剂分散在层状结构材料中，或是采用强度高、透波性能好的高聚物复合材料(如玻璃钢、芳纶纤维复合材料等)为面板，蜂窝状、波纹体或角锥体为夹芯的复合结构。 (2) 按吸波原理，吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。 (3) 按材料的损耗机理，吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 (4) 按研究时期，可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石

碳纤维吸波材料的研究进展_吴红焕

碳纤维吸波材料的研究进展 吴红焕,王晓艳,张　玲,朱冬梅,周万城 (西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072) 摘要 通过对碳纤维在复合材料中吸波性能的研究,得出通过控制碳纤维的长度和含量,以及采用化学掺杂或异型截面是得到频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强结构吸波材料的有效方法,同时大力开展螺旋碳纤维和碳纳米管的研究是加快进展的新方向。 关键词 碳纤维　吸波材料　碳纳米管　化学掺杂 中图分类号:TQ342+.742 文献标识码:A Present Development of Absorbing Composites Containing C arbon Fibers WU Honghuan,WAN G Xiaoyan,ZHAN G Ling,ZHU Dongmei,ZHOU Wancheng (State Key Laboratory of Solidification Processing,Northwestern Polytechnical University,Xi’an710072) Abstract The characteristic and transforming methods of short carbon fibers are discussed in this paper,in2 cluding additive lengths,contents,adulteration and non2circular section.Controlling the length and content of carbon fibers and exploiting adulteration and non2circular section are effective methods to get“wide,thin,light,strong”structure absorbing materials.At the same time,coiled carbon fibers and carbon nano2pipes are the new direction to ac2 celerate development. K ey w ords carbon fiber,absorbing material,CN Ts,chemical adulteration 　 0　前言 雷达吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波,并将电磁能转换成热能而耗散掉,或使电磁波因干涉相消的一类材料。它由吸收剂与能透过雷达波的基体材料复合而成,经历了由单一纤维到混杂纤维、由次承力件到主承力件、由热固性树脂到热塑性树脂的发展过程[1～3]。除一般的吸波材料外,隐身用的特种碳纤维是制造吸波材料的关键。碳纤维结构吸波材料具有承载和减少雷达比反射面的双重功能,是功能与结构一体化的优良微波吸收材料。与其它吸波材料相比,它不仅具有硬度高、高温强度大、热膨胀系数小、热传导率高、耐蚀、抗氧化等特点,还具有质轻、吸收频带宽的优点。通过研究碳纤维的吸波性能和吸波机理,并对纤维吸收剂进行改性和结构设计,研制出高性能的碳纤维复合材料是现在研究的热点课题[4,5]。但目前国内对碳纤维吸波材料的理论研究与实际应用之间仍存在一定差距,亟需进一步突破。由于连续碳纤维对雷达波易产生强反射作用,而短切碳纤维在材料中随机分布,改善了这方面的性能,对雷达波有较好的吸收性能。本文从短切碳纤维的吸波性能出发,总结了碳纤维的吸波特性及改性措施。 1　短切碳纤维的吸波机理及影响因素 1.1　短切碳纤维的吸波性能及频响机理 连续碳纤维对雷达波产生强反射作用,主要是因为电磁场在碳纤维中形成了较大的连续传导电流。而短碳纤维在基体当中的吸波机理目前基本存在两种解释[6],一是认为短切碳纤维在吸波材料中起半波谐振子的作用。在短切碳纤维的近区存在似稳感应场,此感应场激起耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其他形式的能量,主要为热能。另一说法认为在含短切碳纤维的吸波材料中,可以把短切碳纤维作为偶极子。短切碳纤维偶极子在电磁场的作用下会产生极化耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而使雷达波能量转换为其它形式的能量。 碳纤维吸波材料是一种介电型吸波材料,与磁性吸收剂相比,介电常数控制是吸收剂研究的重点和难点,而介电常数频散效应的控制则是宽频带吸收所必须追求的目标。因此,研究碳纤维吸波材料频响效应的机理至关重要。频响效应就是随着频率的增加,介电参数的实部、虚部下降,损耗增加的现象。其本质是在频率变化的过程中,电极化出现了极化的惯性或滞后性,以至于在不同频率电场中极化来不及响应电场的变化而出现的现象。根据电磁波理论,随着频率的增加,当电磁波在碳纤维导体表面产生涡流时,在导线截面上的电流分布将越来越向导线表面集中,即产生趋肤效应现象。趋肤效应越明显,产生的涡流损耗越相应地增加,从而导致电磁波的消耗。电磁波在碳纤维之间传播时,除了涡流损耗外,在每束碳纤维之间的部分电磁波还会经散射发生类似相位对消现象引起损耗增加[7]。 1.2　添加最佳长度和含量的探索 邢丽英等[8]研究了掺混短碳纤维的复合材料在电磁波作用下某些宏观物理量的响应特性。结果表明,调整纤维长度及含量可在很宽范围内改变材料的电磁参数与衰减量;不同长度的短碳纤维在介质中的最佳填充量不同,当纤维的长度接近传输 　吴红焕:女,1982年生,硕士,主要从事碳纤维结构吸波材料研究　Tel:029*********　E2mail:whh—8278@https://www.wendangku.net/doc/4517696134.html,

雷达吸波材料技术研究综述

现代无线电技术和雷达探测技术的迅猛发展，极大地提高了飞行器探测系统的搜索、跟踪目标的能力。传统的作战武器系统受到的威胁越来越严重，隐身技术成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。隐形飞机在军事行动中成功亮相，立即引起军事专用设备家的关注。针对雷达探测的隐身技术途径主要有两条，一是通过飞机、舰艇等武器的外形进行改进，减少雷达截面积；二是应用雷达吸波材料对雷达波进行吸收或是减少对它的反射。外形隐身技术难度较大，成本高，容易使目标的结构性能劣化，而采用吸波材料技术相对简单，设计难度低。各军事强国普遍重视对吸波材料的研究与开发，谋求武器装备的隐身化已成为军事强国角逐军备高新技术的热点。１ 雷达吸波材料的隐身原理 电磁波在空气中传播遇到媒质时，由于媒质的阻抗与自由空间的阻抗不匹配，电磁波在空气与媒质界面发生反射。材料对电磁波的吸收，关键在于吸波体与空气媒质的阻抗是否匹配。当电磁波通过阻抗为Ｚ的自由空间入射到输入阻抗为Ｚ的吸收波界面上时，一部分被反射，另一部分进入吸波体，吸收体反射系数可用公式表示为：，（ ，）。式中：Ｚ为自由空间的特性阻抗，Ｚ为吸波材料的归一化输入阻抗，μ，ε为自由空间的磁导率和介电常数，μ，ε为材料的磁导率和介电常数。为了达到完全无反射，要求材料的Ｚ＝Ｚ即μ／μ＝ε／ε。μ／μ，ε／ε 分别为材料的相对磁导率μ与相对介电常数ε，高性能的 吸波材料要求在尽可能宽的频率范围内，保持μ＝ε。２ 雷达吸波材料 吸波材料主要由吸波剂和基体材料构成，吸波剂是起 吸收与反射电磁波作用的物质，常用的有铁氧体、羰基铁、导电炭黑、石墨等。基体材料吸收剂的载体能够承载并分散吸收剂，且本身具有一定的机械性能。由吸波材料的工作原理可知，吸波材料的吸波能力与吸收剂的吸收能力有密切关系。因此吸收剂的研制与开发是吸波材料领域的重要方向。 ２．１纳米吸波材料 纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级（１～１００ｎｍ）的材料，独特的结构使其具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应。由于纳米微粒尺寸小，比表面积大，表面原子比例高，悬挂键增多，增大了纳米材料的活性，从而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粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正好处于微波的能量范围（１０ｅＶ～１０ｅＶ）内，这为纳米材料的吸波创造了新的吸波通道。纳米微 粒呈现出奇特的电磁、光热以及化学等特性，在电磁特性方面，纳米材料与大尺度的材料相比，具有吸波性能好、频带宽等优点，因而在电子对抗中有着广阔的应用前景，已成为各军事强国研究的热点。美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波吸收率可达９９％。法国也研制出一种由粘结剂和纳米级合金粉及碳化硅填料制成的薄膜吸波复合材料，在５０ＭＨｚ５０ＧＨｚ内具有很好的吸波性能。 ０ｉ０ｉγγｉ００ｉ０ｉ０ｉ０ｉ０ｉ０ｉγγ－２－ ４ ～雷达吸波材料技术研究综述 李洪瑞 刘长华 朱守中 （解放军炮兵学院，安徽合肥２３００３１） 摘　要：文章阐述了吸波材料的研究意义，然后给出了雷达吸波材料的工作隐身原理，重点介绍了纳米吸波材料，多频谱吸波材料，手性吸波材料，导电高分子吸波材料，结构吸波材料，多晶纤维吸波材料，电路模拟吸波材料，等离子体吸波材料等新技术的发展及应用，最后提出了雷达吸波材料技术的发展趋势。关键词：雷达；吸波材料；综述 Summarization R esearchonAbsorbingMaterialsofRadar LIHong-rui,LIU Chang-hua,ZHUShou-zhong (Artillery Academy of PLA,HefeiAnhui 230031) Abstract:In this paper,the significance of research on radar absortbing materials(RAM)is explained first,and then the working principle of RAM is reviewed.The Nanometer material,Multiple spectrum stealth,Chiral material,Conductive polymeric radar absorbing material,Structural absorption materials,Polycrystallineironfibers,and Imitateelectriccircuit aredepicted detailed.The developingtrendofRAMisintroduceda tlast. Key words:radar;absortbing materials(ram);summarization 收稿日期：修回日期：作者简介：２００８－０６－２６２００８－０７－２２ 李洪瑞（１９７９－），男，山东东阿人，硕士研究生。 06 中国西部科技２００８年９月（上旬）第０７卷第２５期第１５０期 总

电磁波隐身技术的研究

电磁散射与隐身技术导论 课程大作业报告 学院：电子工程学院 专业：电磁场与无线技术 班级： 021061 学号： 02106020 姓名：赖贤军 电子邮件： 92065436@https://www.wendangku.net/doc/4517696134.html, 日期： 2013 年 06 月 成绩： 指导教师：姜文

电磁波隐身技术的研究 隐形技术（stealth technology）俗称隐身技术，精确的术语应该是“低可探测技术”（low-observable technology）。即通过研究利用各种不同的技术手法来改变己方目标的可探测性信息特征，最大程度地降低被对方探测系统发现的概率，使己方目标以及己方的武器装备不被敌方的探测系统发现和探测到。1.隐身技术及其历史背景 现代无线电技术和雷达探测系统的迅速发展极大地提高了战争中的搜索、跟踪目标的能力，传统的作战武器所受到的威胁愈来愈严重。隐身技术作为提高武器系统生存、突防以及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为重要、最为有效的突防战术技术手段并受到世界各国的高度重视。隐身技术(又称目标特征信号控制技术)是通过控制武器系统的信号特征使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。它是针对探测技术而言的，在兵器研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击的专门技术。简言之隐身就是使敌方的各种探测系统(如雷达等)发现不了我方的飞机，无法实施拦截和攻击。早在第二次世界大战期间，美国便开始使用隐身技术以减少飞机被敌方雷达发现的概率。当前电磁波隐身的研究重点是雷达隐身技术和红外隐身技术。由于在未来战争中雷达仍将是探测目标的最可靠手段，因此隐身技术研究以目标的雷达特征信号控制为重点，同时展开红外、声、视频等其它特征信号控制的研究工作，最后向多功能、高性能的隐身方向发展。 2.隐身技术的工作原理 隐身技术的主要就是反雷达探测。雷达是一种利用无线电波发现目标并测定其他位置的装置。雷达的问世使人类的探测技术和能力跨上了新的台阶，同时也向反探测技术提出了新的挑战。人们为了提高目标反雷达探测能力不懈地奋斗了几十年，终于探索到一条新的隐身途径。与早期的隐身术——伪装术相比，今天的隐身技术已起了根本变化，有了质的飞跃。下面从反雷达探测和反红外、热 探测两个方面简单介绍隐身技术的一些工作原理与隐身性能。 1)反雷达探测开始隐身技术的一项主要工作是提高反雷达探测的能力：也

吸波材料现状和应用——整理超经典

吸波材料的发展现状 一. 1.目前吸波材料分类较多，现大致分成下面4种： 1．1按材料成型工艺和承载能力可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料。1.2 按吸波原理 吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。 1.3 按材料的损耗机理 吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。 1.4 按研究时期 可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等属于传统吸波材料，它们通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。其中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料研究较多，性能也较好。新型吸波材料包括纳米材料、手性材料、导电高聚物、多晶铁纤维及电路模拟吸波材料等，它们具有不同于传统吸波材料的吸波机理。其中纳米材料和多晶铁纤维是众多新型吸波材料中性能最好的2种。 2.无机吸波剂 2.1 铁系吸波剂 2.1.1 金属铁微粉 金属铁微粉吸波剂主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波，主要包括金属铁粉、铁合金粉、羰基铁粉等。金属铁微粉吸收剂具有较高的微波磁导率，温度稳定性好等优点，但是其抗氧化、抗酸碱能力差，介电常数大，频谱特性差，低频吸收性能较差，而且密度大。 2.1.2 多晶铁纤维 多晶铁纤维具有很好的磁滞损耗、涡流损耗及较强的介电损耗，并且是良好的导体，在外界电场作用下，其内部自由电子发生振荡运动，产生振荡电流，将电磁波的能量转化成热能，从而削弱电磁波。 2.1.3 铁氧体 铁氧体吸波材料是研究较多也较成熟的吸波材料。它的优点是吸收效率高、涂层薄、频带宽；不足之处是相对密度大，使部件增重，以至影响部件的整体性能，高频效应也不太理想。 2.2碳系吸波剂 2.2.1石墨、乙炔炭黑

隐身材料发展历史综述和应用前景展望

1.绪论 1.1前言 随着无线电技术和雷达探测技术的迅速发展，电子和通信设备向着灵敏、密集、高频以及多样化的方向发展，这不仅引发电磁波干扰、电磁环境污染，更重要的是导致电磁信息泄漏，军用电子设备的电磁辐射有可能成为敌方侦察的线索。为消除或降低导弹阵地的电磁干扰、减少阵地的电磁泄漏，需要大大提高阵地在术来战争中的抗电磁干扰及生存能力。高放能、宽频带的电磁波吸波／屏蔽材料的研究开发意义重大。 吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料，它的基本物理原理是，材料对入射电磁波进行有效吸收，将电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而消耗掉。该材料应该具备两个特性，即波阻抗匹配性和衰减特性。波阻抗匹配特性即入射电磁波在材料介质表面的反射系数最小，从而尽可能的从表面进人介质内部；衰减特性指进入材料内部的电磁波被迅速吸收。损耗大小，可用电损耗因子和磁损耗因子来表征。对于单一组元的吸收体，阻抗匹配和强吸收之间存在矛盾，有必要进行材料多元复合，以便调节电磁参数，使它尽可能在匹配条件下，提高吸收损耗能力。吸波材料按材料的吸波损耗机理可分为电阻型、电介质和磁介质型。吸波材料的性能主要取决于吸波剂的损耗吸收能力，因此，吸波剂的研究一直是吸波材料的研究重点。 1.2隐身材料定义 随着人们生活水平的提高，各种电器的频繁使用，使我们周围的电磁辐射日益增强，电磁污染成为世界环境的第五害，严重的危害了人类的身体健康。电磁辐射对人的作用有5种：热效应、非热效应、致癌、致突变和致畸作用。因此，在建筑空间中，各类电子，电器以及各种无线通信设备的频繁使用，无时无刻不产生电磁辐射，电磁污染已经引起人们的广泛关注。 电磁吸波材料即隐身材料最早在军事上隐身技术中应用。隐身材料是实现武器隐身的物质基础。武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。对于地面武器

陶瓷吸波材料的研究进展_范跃农

《陶瓷学报》 JOURNAL OF CERAMICS 第31卷第1期2010年3月 Vol.31,No.1Mar.2010 文章编号：1000-2278（2010）01-0538-04 陶瓷吸波材料的研究进展 范跃农1， 2 龚荣洲2 （１．景德镇陶瓷学院，景德镇：３３３４０３，２．华中科技大学，武汉：４３００７４） 摘要 简述了在当今世界能提高各类武器在战争中的生存能力、防卫能力和攻击能力的隐身技术，对其在现代高技术武器装备中的重要作用进行了肯定。对隐身技术中占重要地位的电磁波吸收材料的种类、吸波原理及吸波方式做了进一步阐述。重点讨论了陶瓷吸波材料的吸波原理、组成结构和方式，并着重介绍了几种最近几年陶瓷吸波材料的最新研究成果，列举了它们的吸波性能参数。最后，对陶瓷吸波材料发展方向进行了展望。关键词隐身技术，陶瓷，吸波材料，研究进展中图分类号：ＴＱ１７４文献标识码：Ａ １引言 随着电子技术的发展,新型雷达、探测器及精密制导武器相继问世，军事空中防御能力和反导弹能力日益增强，使得武器系统，特别是大型作战武器，如飞机、导弹、舰艇、坦克等所面临的威胁越来越大，作为提高战争中的生存能力、 防卫能力和攻击能力的隐身技术，普遍受到世界各国的高度重视。 隐身技术是指降低目标的雷达、红外、激光、磁信号等特征，使其在一定范围内难以被探测，从而提高其生存能力的技术。 已经成为现代电子战争的重要组成部分，它伴随着武器攻击、防卫技术的发展而产生，其最终目的是使武器系统能在多个的频率范围，进行多方位的隐身。隐身技术发展的关键在于材料技术的发展，要求材料具有质量轻、适应性强的特点。为了适应未来战争的需要，世界各发达国家都在积极致力于开发新型高效的吸波材料，并对其吸波机理进行更进一步的研究[1]。 吸波材料是隐身技术中不可缺少的组成部分，隐身兵器主要依靠吸波材料来吸收和衰减雷达波以达到隐身的目的。 ２吸波材料的分类 按照吸波材料的结构，可将其分为涂料型吸波材 料、贴片型吸波材料、吸波腻子、吸波复合材料等[2]。 按照吸波机理可以将吸波材料分为磁损耗型吸波材料、介电损耗型吸波材料和“双复”型吸波材料三类。 陶瓷吸波材料属于介电损耗型吸波材料，主要包括碳化硅、Si 3N 4、莫来石、钛酸钡、Al 2O 3、AlN 、堇青石、硼硅酸铝、粘土和炭黑等一类陶瓷材料，同铁氧体、复合金属粉末等比较，这一类材料的吸波性能好，而且还可以有效地减弱红外辐射信号，能有效损耗雷达波的能量。由于它们比重小、耐高温、介电常数随烧结温度有较大的变化范围，是制作多波段吸波材料的主要成分，有可能通过对显微结构和电磁参数的控制，来获得所希望的吸波效果。此外，由金属微粉和陶瓷微粉共烧而成的以金属为分散相，陶瓷为连续相的金属陶瓷也属于这一类。这一类材料对雷达波能量的吸收、转移主要以热能形式散发[3]。 要达到良好的吸波效果，必须具备以下两个条件：(l)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[4]。因此， 收稿日期：2009-10-11通讯联系人：范跃农 DOI:10.13957/https://www.wendangku.net/doc/4517696134.html,ki.tcxb.2009.04.022

吸波材料吸波原理及其研究进展

吸波材料的吸波原理及其研究进展 张开庆 （山东科技大学应用物理学2010-01 201001090134） 摘要：介绍了吸波材料的重要性，阐述了吸波材料的吸波原理，综述了铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料、纳米吸波材料及光学透明吸波材料近几年来的国内外研究进展及应用，最后指出，多频谱隐身材料和智能隐身材料是吸波材料中两个最主要的发展方向。 关键词：吸波材料；吸波原理；进展 Absorbing Mechanism and Progress of Wave-absorbing Materials Zhang Kai-qing (Shandong university of science and technology college of science, Applied physics class level 2010-01) Abstract:The sign if icance of wave-absorbing materials was explained. The absorbing mechanism indifferent conditions, the species and the characteristics of general wave-absorbing materials were introduced. The recent progress and application of ferrite material, surperfine metal powders, nanam eter absorbing material and optics transparent absorbing materials were reviewed. Finally points out that the multiple spectra and intelligent stealth materials are tow most essential developing trends for radar wave absorbing materials. Key words: wave-absorbing materials; wave-absorbing mechanism; progress 随着现代科技技术尤其是电子工业技术的高速发展，不同频率的电磁辐射充斥着人们的生活空间，破坏了人类良好的生态环境，造成了严重的电磁污染。不少科学家预言，在二十一世纪，电磁污染将成为生态环境首屈一指的物理污染[1]。电磁场以电磁波的形式传递能量，只有使用电磁波吸波材料。使电磁波能转化为热能或其他形式的能，才能有效清除电磁污染。因此解决电磁污染的吸波材料的研究和应用成为人们研究. 隐身技术也称为目标特征信号控制技术，是一种通过控制和降低武器系统的特征信号，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。由于隐身技术能极大地提高武器的生存能力和作战效果，受到许多国家的高度重视，成为集陆、海、空、天四位一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术手段，成为现代军事研究的关键技术[2]。在现代战争中，雷达是探测目标的最可靠手段，因此雷达隐身技术是隐身技术的重点。 雷达隐身技术的核心是降低目标的雷达散射截面（RCS）。其技术主要途径有两条：一是通过目标的外形设计降低RCS，简称为外形技术。二是目标应用能吸收雷达波的材料，即利用雷达吸波材料（RAM）降低目标的RCS，简称为雷达吸波材料技术[3]。 雷达吸波材料简称吸波材料。吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而消散掉的一类材料。它的工作原理与材料的电磁特性有关。良好的吸波材料具备两个条件，一是雷达波射入的吸波材料内，其能量损耗尽可能大；二是吸波材料的阻抗与雷达波的阻抗相匹配，此时满足无反射。实际上常要求吸波材料在一定频宽范围内对电磁波强烈的吸收，理想的情况是全吸收，即反射系数为零[2]。 由于各类材料的化学成分和微观结构不同，吸波机理也不尽相同。尽管如此，吸波材料的吸波性能还是可以用宏观的电磁理论进行分析，工程上也常常使用材料宏观的介电常数和磁导率来评价吸波材料的反射和传输特性材料吸收电磁波的基本条件是：一是电磁波入射到材料上时，它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部，即要求材料满足阻抗匹配；二

纳米吸波材料

纳米吸波材料 0930402090 杨苏清 现代科学技术迅速发展，无形无迹的电磁波充斥着人们的生活空间，严重的电磁污染给地球的生态环境带来了严重的破坏，因此，研制开发新型吸波材料已经成为当今社会的热点；同时，随着现代军事技术的不断发展，战争越来越信息化，立体化，雷达探测技术的不断发展，现代军队为提高自身的生存和突防能力，也越来越多的应用到隐身技术，而作为隐身技术关键的吸波材料也成为各国军事科技力量研究和开发的重点和热点。 一、纳米吸波材料原理及特性 纳米材料是指特征尺寸在1～100nm的材料。纳米材料由于其自身结构上的特征而具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应，因而与同组分的常规材料相比，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能，在微波吸收方面显示出很好的发展前景。吸波材料是指能够吸收投射到它表面当今电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为其他形式的能量的一类材料。 当一个微粒的尺寸小到纳米量级时，它的微观结构和性能既不同于原子、分子的微观体系，也不同于显示本征性质的大颗粒材料宏观体系，而是介于二者之间的一个过渡体系。纳米微粒尺寸小，比表面积大，具有很高的表面能，从而对其化学性质有很大影响。实验证明，粒子分散度提高到一定程度后，随着粒子直径的减小，位于粒子表面的原子数与总原子数的比值急剧增大，当粒径降为5nm 时，表面原子所占比例可达50%。由于表面原子数增加，微粒内原子数减少，使能带中的电子能级发生分裂，分裂后的能级间隔正处于微波的能量范围内(l×l0-2-l×lO-5eV)，从而导致新的吸波通道。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3～4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

新型纳米吸波涂层材料的研究进展

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。纳米材料的这种结构特征使得纳米吸波材料具有吸收频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点，易满足雷达吸波材料薄、轻、宽、强的要求，是一种非常有发展前景的高性能、多功能吸收剂。

雷达隐身材料

雷达隐身材料 摘要：隐身技术是指为减少航空器受雷达、红外、光电、声音与目视等探测的特征而采用的专门技术。目前，最受重视且发展较快的隐身技术是雷达隐身技术。外形设计对隐身飞行器隐身性能的贡献只占2/3，另外1/3将由飞行器的隐身材料贡献，它可以降低被探测率，提高自身的生存率，是隐身技术的重要组成部分。因此隐身材料的发展与飞行器隐身性能的发展有着密不可分的联系。 关键词：雷达吸波；红外隐身；纳米复合隐身 隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在装备外形不能改变的前提下，隐身材料（stealth material）是实现隐身技术的物质基础。武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。对于地面武器装备，主要防止空中雷达或红外设备探测、雷达制导武器和激光制导炸弹的攻击；对于作战飞机，主要防止空中预警机雷达、机载火控雷达和红外设备的探测，主动和半主动雷达、空对空导弹和红外格斗导弹的攻击。为此，常需要雷达、红外和激光隐身技术。 隐身材料的分类 隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。 雷达吸波材料 雷达吸波材料是最重要的隐身材料之一，它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。雷达吸波材料中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。 结构型雷达吸波材料： 结构型雷达吸波材料是一种多功能复合材料，它既能承载作结构件，具

雷达吸波材料研究进展

科技论坛雷达吸波材料研究进展 伊翠云 （哈尔滨玻璃钢研究院，黑龙江哈尔滨１５００３６） 人类对吸波材料的研究始于二战期间，西方国家为实现军事领先，投入巨资研究吸波材料，其目的是最大限度地减少或消除雷达、红外等对目标的探测特征，也就是所谓的隐身技术。吸波材料的发展和应用是隐身技术发展的关键因素之一，其研究日趋火热。１吸波机理及吸波途径的研究电磁波与介质相互作用的重要参数为介电常数ε和磁导率μ。在一般情况下，介电常数ε和磁导率μ具有复数性质：式中和分别为吸波材料在电场或磁场作用下产生的极化和磁化强度的变量。损耗因子为：ｔａｎδ可由下式表示：可见：随和的增大而增大。 设计吸波材料除了要尽可能提高损耗外，还要考虑另一关键因素即波阻抗匹配问题，使介质表面对电磁波的反射系数为０，电磁波 入射到介质表面能最大限度地透入介质进而被吸收。由电磁理论可 知，垂直入射介质时： 其中Ｅ为电场强度；Ｈ为磁场强度。当Ｚ２＝Ｚ１时，称波阻抗匹配，γ＝０，接近于全吸收 。２吸波材料国内外研究进展 目前国内外研究与应用较多的吸波材料有以下几种。 ２．１铁氧体吸波材料 铁氧体吸波材料是研究比较多也比较成熟的吸波材料。由于其具有吸收强，频带较宽，成本低，在高频下有较高的磁导率，电阻比较大，电磁波易进人并快速衰减，被广泛地应用在雷达吸波材料领域中。除１９８１年日本杉本光男制得非晶结构的铁氧体外，铁氧体按晶体结构分类，主要有六角晶系磁铅石型、立方晶系尖晶石型和石榴 石型３大类型。目前用于电磁波吸收剂的铁氧体主要是尖晶石型和 磁铅石型铁氧体２种类型。铁氧体对电磁波的吸收包括介电性和磁性两方面的原理，一般认为工作在微波频段的铁氧体吸收剂产生损耗的机制主要是剩余损耗中的自然共振。铁氧体微波吸收剂的纳米化是很有前途的新兴隐身材料研究领域。国内外均对此进行了一定的研究，并取得了一定的研究成果［１－３］。 ２．２碳纤维吸波材料 碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热所形成的纤维状碳材料，是不完全的石墨结晶沿纤维轴向排列的物质，其碳含量在９０％以上。随碳化温度的升高，碳纤维结构由乱层结构向三维石墨结 构转化，层间距减小，电导率逐步增大，易形成雷达波的强反射体。低温处理的碳纤维结构疏松，是电磁波的吸收体，也是良导电性的电损耗材料。因此，只有经过特殊处理的碳纤维才能吸收雷达波。 ２．３导电高聚物吸波材料 导电高聚物是指某些共轭的高聚物经过化学或电化学掺杂，使其导电率由绝缘体转变为导体的一类高聚物的统称，其不仅具有高聚物的高分子设计和合成、结构多样化、比重轻和易复合加工的特点，还具有半导体和金属的特性。导电高聚物具有结构多样化、密度小等独特的物理、化学性能，因此国际上对导电高聚物雷达吸波材料的研究已成为这一领域的热点。国外如美、法、德、日、印等国已相 继开展了导电高聚物雷达吸波材料的研究，并已经取得了一定的进展［３］，此类吸波材料中的导电物质主要有聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等。 ２．４手性吸波材料 手性材料与普通材料的区别在于它具有手性参数，通过调整手 性参数可使材料无反射。由于调整手性参数要比调整介电常数和磁 导率容易的多，并且手性参数的频率敏感性比介电常数和磁导率小， 容易实现宽频吸收，使手性吸波材料受到广泛重视。 ２．５纳米吸波材料 纳米吸波材料是指材料的组分特征在纳米量级（≤１００ｎｍ）的材 料，其对电磁波能量的吸收由晶格电场热运动引起的电子散射、杂 质的晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三 种效应决定的。因其具有极好的吸波特性，同时具有宽频带、兼容好、质量小和厚度薄等特点，由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达的侦察，用此配制吸波涂料和结构吸收材料，可以显著改善飞机、 坦克、舰艇、导弹、鱼雷等武器装备的隐身性能。２．６等离子体吸波材料等离子体吸波材料是利用具有放射性同位素涂料发射的ａ粒子，将周围空气电离形成等离子体，当物质处于离子状态时，会截止某一频率的电磁波。这种隐身技术不仅解决了吸波涂层厚度和质量 方面的局限性，而且具有吸波频带宽（３ＭＨｚ－３００ＧＨｚ）、吸收率高、使 用简单、使用时间长等优点，又不需要改变飞行器的外形，价格便宜， 维修方便，具有极高的潜在应用价值，已成为未来隐身技术的发展趋 势。２．７智能隐身材料智能型隐身材料是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳相应功能的材料。这种材料由传感器、控制器和执行器三个部分组成，传感器用来感知背景环境的电磁辐射图像，控制其根据来自创暗器的信号，按照预先设定的函数关系发出需要执行的指令，然后通过执行器将自身的电磁辐射图像进行调整使其与背景相融合。目前这种材料已被广泛应用于军事与航空领域。 ３展望综上所述，雷达吸波材料的研究与开发已经取得了一定的进展，但也存在一些不足。 目前研制的吸波材料大多只能在某一频段起作用，而在其他的频段则失去效果，因此，吸波材料的研制和开发是目前新材料开发方向，也是最有市场的产业之一。美国国防部关键技术计划将吸波材料的研制列为重点发展计划，要求新一代吸波材料 具备强吸收、宽频带、轻质、红外微波吸收兼容以及其他综合优良性能。我国吸波材料研究起步较晚，正在密切注视国外在此领域的研究动态，我们可吸收国外最新技术避免重复研究，开辟具有中国特色的吸波材料，加入世界先进吸波材料研究行列。 参考文献[1]Viau G,Ravel O.Preparation andmicrowave characterization of sphericaland monodisperse Co -Ni particles [J].Journal Magnetism and Magnetic Materials,1995,(6):140-144.[2]Hochepied JF ,PileniMP .Ferromagnetic resonance of nonstoi －chiometriczinc ferrite and cobalt-doped zinc ferrite nanoparticles[J].Journal ofMag-netism and Magneticic Materials,2001,(231):45-52.[3]孔德明,胡慧芳,冯建辉等.掺杂聚苯胺吸波材料的研究[J ].高分子科学与工程,2000,16(5):169-171. 摘要：本文介绍了吸波材料的吸波原理，种类及其相应的特点，阐述了国内外几种主要吸波材料的研究进展，并提出了吸波材料研究开发中存在的问题以及未来的发展趋势。 关键词：吸波材料；吸波原理；研究进展 á á áá?tan tan tan ’á? tan ８７··

微波吸收材料的研究及应用

微波吸收材料的研究及应用 桂林窄’币学：院 黄小萍张道炽 摘要：本史深入分机了铁氧体Ｉ致收材料和韵ｉ型ｔ茸功率吸收材料的特点以及特ｒ｛：；指ｊ，微波吸收利｝：｝ｎ勺研究力’向和应用ｆｉ｛『景。 一、剐吾 近：ｆ‘多｛ｆｊ柬随着隐身技术以及微波武器，雷达、电子对抗在军事斗争中的作用增人，微波吸收材料的ｆｉＪｆ究和应用越来越受到蕈观。在现代战场上，不同型号的飞机和导神使川厂微波Ｉ殁收劓料可以使其有效反射面降低９０％，这使雷达威力大幅下降。地ｉｌｉｊ武器如小兜、装甲４ｉ以及火炮使用吸波材料进行隐身，使敌方电子侦察，包括卫星侦察和地丽ＩＵ于侦察都不能有效发挥作用。 研制宽频带商性能以及轻质薄层微波吸收材料并将这种材料和提高军事武器装备的性能紧密结合起来，将对提高部队的战斗争产生重大影响；研制电磁参数温度稳定忖和吸ｌ墩特性好的商功率吸收材料并将这种材料应用于微波终端的设计与制造，微波武器功率检测系统，对提高现役袈备的性能都是有蘑要意义的。 微波吸ｌ墩利料‘般具有电损耗、介电损耗利磁损耗三种损耗机制，吸收特性不同的栩料ｌＣ冲｝Ｉ损耗机制对微波ｌ致收量的贡献是不刷的。 最近关ｊ：纳米微波吸收材料的报导很多，但实质性：［作很少，将纳米技术、磁性Ｊ椰和微波理论分析紧密结合，独辟溪径一定会有收获。 纠能删微波吸收材料可根据环境和条件的需要，调节自身的结构和性能，满足军昏１：张和氏Ｊ｝ｊ微波设施的使用要求，已成为微波吸收材料研究的～个新的热点。 二、轻质微波吸收材料 仔顷微波搬收树料最‘一被深入硐究并Ｊ“予乏使ｆ『ｊ的足铁氰体材料。铁氨体材￥：ｆ商的嘲

收效二缸干¨侥，滞吸收特性早在：ｆ。Ｉ【Ｊ＝纪六ｆ年代就ｔｊｌ起了嗣行的关注。铁氧体材料ｌｌｊｌ二畴壁的办九Ｊ”尘ｌ７ｉ然Ｊｅ振损耗和“ｆＪｊ捧向异性场的仃在产生磁滞损耗以及一ｉｉ，避免的电｛ｊｊ３耗年¨介ｌ…谜ｌ￡，位ＪＩ住低ｊ‘ｌＯＧＩｌｚ的微波波段吸收壁的ｊ’’度＜ｋｇ／１０的情况卜，在２０％ｉ＇ｒ９ｔ！ｊ！；ｉＷ”就心｝Ｊ、Ｊ产乍＞２０ｄｂ吸收ｂ｜＿『『０Ｉ吸收效架。１９７６｛Ｉｉ３门¨本尔京ｆ．ｑｋ人学ｌ＾Ｊ滕拜之辙授作ｆＬ昶棼Ⅲｒ｝ｆｆｌ技术交流叫．ｍ我㈧嗣｝Ｊ。公仉他和他的同事存这力而研究所取得的Ⅱ％Ｅ粜．，ｊｆ心＿ｒ我们的沌意，肌队ｒ铁钣休吸收材料稃！我困研究干¨成『ｆＪ的速度。ｎｌ：儿红ｊ八ｆ，ｌｊ代川饮讯｛木材料制作微波腑窀、微波终瑞，在制造【：艺，设计水ｉＦ同㈦外＂心÷ｎＪ的川炎，：ｔ钳陛能Ｕ经ｆ‘分接近。 铁钒体利科ｌ：葵以尖ｆ弱ｆｉ和磁钳７ｉ埘种结构的材料作吸收材料。ｉＶ－ｉｆ／ｉ／＇，角晶系磁钳ｔｉ铁钒休Ｗ媳仃高的磁各向异性等效场，所以彳１：更高的微波频段具有较好的吸收特性，尖品７ｌ钬氰体随着起始导磁率越商最佳吸收频率越低。 铁氧体吸收年才料具有ｌ吸收特性好，１１－作频带宽，以及工艺＋致好和制造成本低等特点，．ｆｌｌ其比囊人、温度特性差，限制了他的使川范围。 铁毓体一橡胶复合材料在铁氧体吸收材料ｌｆｌ加入硅橡胶，不但提高了铁氧体最佳吸收频率，ＩｎＪＪ１．使ｊｅ比煎减小，有利二Ｊ：］Ｊｕｉｌｌ成不同形状，满足不同环境和条１，｜：的使用要求。 饮氰｛奉一｜ｊ！ｌｊ瓷复合材料，通过铁氰体和陶瓷两种材料复合，按照设计要求，通过配力用Ｉｌ艺来制箭ｃｒ，Ｉ－ｒ１；同或十ｔｌｌｒＵ的ｌＵ予树利，这两利一类型的材料复合可以制备最佳吸ｌ改彩ｊ牢＞１２（ＪｆＩ｛Ｊｌ吸收材料，如果复合材料征一定的微波波段￡Ｆｕｒ能够实现，则这种利｝：Ｊ定ｌ｝ｆＪ’啦删嫂收特性。这ＪＪ：足我们所ｊ＂Ｊ目＝！ｆ１０。 轻胍ｌｌ做波｛ｊ州，采川多Ｉ拈的铁｝吲ｔ为ｔ－便吸收剂，制备轻质吸波涂层，美围（、ｌｒＩ’公州Ｌ三ｆｌ产。１ｆ。ｌＥ｛ｆｌｆ密度为２．４Ｋｇ／ｍ２。ｎ：Ｃ波段、ｘ波段和Ｋｕ波段应用都获得了成功。 三、高功率微波吸收材料 Ⅲ轩顷波嗷收材料不同，高功率微波吸收栩料，不仪要有很好的吸收特性，眦日．电磁寥数的潮艘稳定ｆ，ｌ：嚷好，…Ｊ：铁钒体吸收利料的温度特中邯Ｒ制了它卉：尚功率的使用范ＩＩ：，Ｉ。｜１５２收忭的』Ｉ：人Ｊ力牢弈破＞０．５ｆ！ｆｉ／ｃｍ３时，即使像温度特ｒＩ：比较盘，ＮｉＺｎ系列的铁钒体劓制ｆ¨俄ＩｔＬ｛★４仲Ｉ椰小能被腑川。 ．＿ＪＪＪ：々：ｒ嵝收¨１＝：Ｉ般采川碳化６｝：材料、椎酸｝｝？炎利利。这种利料的ｆ乜磁参数晌滞废