铁氧体吸波材料的工作原理和应用介绍
铁氧体吸波材料的工作原理和应用介绍
?一、铁氧体吸波材料的工作原理
?铁氧体吸波材料既是具有磁吸收的磁介质又是具有电吸收的电介质是性能极佳的一类吸波材料。
?在低频段，主要来源于磁滞效应、涡流效应及磁后效的损耗造成铁氧体对电磁波的损耗;在高频段，铁氧体对电磁波的损耗则主要来源于自然共振损耗、畴壁共振损耗及介电损耗。
?吸波材料在不同的频率范围，剩余损耗的机理不同由于其磁化弛豫过程的机理不同。在低频弱场中，剩余损耗主要是磁后效损耗。在高频情况下，尺
寸共振损耗、畴壁共振损耗和自然共振损耗等均属于剩余损耗的范畴。
?综上所述，要得到高损耗的铁氧体吸收剂，途径有：增大铁磁体的饱和磁化强度;增大阻抗系数;减小磁晶各向异性场;由于共振频率与磁晶各向异性场成正比，所以可以通过改变铁磁体的磁晶向异性场，来实现对材料吸收
波段的控制，在实际制备操作过程中可以通过改变材料的成分和制备工艺加
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
超材料吸波器的研究进展
Instrumentation and Equipments 仪器与设备, 2019, 7(2), 133-141 Published Online June 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/836191163.html,/journal/iae https://https://www.wendangku.net/doc/836191163.html,/10.12677/iae.2019.72019 Research Progress of Metamaterial Absorber Jiali Chai, Yanjie Ju* School of Electrical and Information Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian Liaoning Received: Jun. 3rd, 2019; accepted: Jun. 21st, 2019; published: Jun. 28th, 2019 Abstract In order to make better use of electromagnetic waves and eliminate their negative effects, meta-material absorbers have become a major research direction. This is a device that converts elec-tromagnetic wave energy incident on its surface into other energy to deplete it through special structures and materials. Its particularity based on the application of metamaterials, and its unique electromagnetic properties compared with natural materials make it has great signific-ance in the electromagnetic field. In this paper, the current research status of supermaterial ab-sorbers at home and abroad will be introduced through the structures, mechanisms and materials of the absorbers. For the structures, it mainly introduces two types of tiled-array structure and three-dimensional structure. For the absorption mechanisms, it mainly introduces the frequency selection surface, electromagnetic resonance and surface plasma. For the materials, it introduces metal materials, ferrite materials, carbon materials and new materials in detail. With the conti-nuous innovation in the field of materials and the unremitting efforts of researchers, we believed the absorbing device will be applied to more and more fields with more perfect performances and shine in both the civilian and military fields. Keywords Metamaterials, Absorber, Graphene, Absorbing Mechanism 超材料吸波器的研究进展 柴佳丽，鞠艳杰* 大连交通大学电气信息工程学院，辽宁大连 收稿日期：2019年6月3日；录用日期：2019年6月21日；发布日期：2019年6月28日 *通讯作者。
磁性吸波材料与应用
磁性吸波材料与应用 Magnetic Electromagnetic Wave Absorbing Materials and Applications 余声明 中国西南应用磁学研究所四川绵阳105信箱621000 摘要 本文论述了磁性吸波材料的基本原理、种类、应用及其发展。关键词磁性吸波材料应用发展 1前言 隐身技术是一门新兴边缘科学，涉及多个学科与技术领域，应用十分广泛。从各种武器装备、飞行器的隐身到现代电子信息设备的抗干扰系统都是不可缺少的实用技术和组成部分。 就武器而言，隐身技术是通过降低电器、武器或飞行器的光、电、热可探性而达到隐身目的的一种技术；或者说是采用多种技术措施，降低对外来信号(光、电、磁波、红外线等)的反射，使反射信号与它所处的背景信号难以区别，最大限度地减弱自身的特征信号，以达到自身隐蔽的效果。隐身技术可分为有源隐身技术和无源隐身技术。所谓有源是利用计算机分析外来探测信号，并及时主动发射相应的干扰信号，以达到自身的隐蔽。而无源隐身技术是一种被动隐身技术，它包括隐身结构技术和隐身材料技术。隐身结构技术是在尽量不影响功能的条件下降低自身特征信号，并设法减少雷达反射截面积，这在军事上显得特别重要。可见隐身结构技术和隐身材料技术是隐身技术不可分割的两部分，而隐身材料在实现隐身中起着重要作用，也是研究隐身技术的主要内容之一。 随着电子技术的飞速发展，电子产品特别是移动通讯、计算机、家用电器的普及，人们生存环境遭受到电磁波严重污染，城市高层建筑的增多又引起电子环境的恶化，如何降低电磁波干扰已成为全世界电子行业普遍关注的问题。隐身材料也是解决电子产品抗电磁干扰的有效方法之一。 隐身材料又称之为吸波材料，其作用把外来的电磁波能量转换为热能，降低反射波的强度，达到隐身或抗干扰的效果。按吸波材料损耗机理可分为：电阻型、电介质型和磁介质型。为了达到最佳的隐身效果，常常把多种吸波材料结合起来，构成复合型吸波材料，广泛用于雷达、航天、微波通讯及电子对抗、电子兼容的吸收屏蔽等领域。 本文专门介绍磁性介质主要是铁氧体吸波材料的概貌、应用情况及其发展。2磁性吸波材料 2.1吸波材料工作的基本原理 所谓吸波就是吸收电磁波，吸波材料的工作基本原理是： 对于一般材料，材料的介电常数ε与磁导率μ可写成以下复数形式： μ′′?μ′=με′′?ε′=ε??j ;j （1） 式中：ε′和μ′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，而ε″为在外加磁场作用下，材料电偶矩产生重排引起损耗的度量，μ″为在外加磁场作用下，材料磁偶矩产生重排引起损耗的度量。对介质而言，承担着对电磁波吸波功能的是ε″和μ″，它们引起能量的损耗，损耗因子为tanδ可由下式表示： μ′ μ′′+ε′ε′′=δ+δ=δμεtan tan tan （2） 可见，tan δ随ε″和μ″的增大而增大。 设计吸波材料除了尽可能提高损耗外，还要考虑另一关键因素，即波阻抗匹配问题，使介质表面对波的反射系数（γ）为0或最小，电磁波入射到介质进而被吸收。反射系数γ的定义如式（3）所示： Zo Z Z Z in o in +?=γ（3）
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
用于EMIRF吸波材料性能比较
用于EMI-RF吸波材料性能比较 用于EMI/RF吸波材料性能比较 中心议题：吸波材料测试装置的构造吸波材料测试方法 解决方案：环天线放置在相互垂直的位置相隔距离为环天线直径的二分之一利用表面电流减少装置测试 随着工程师们需要遵循的辐射电磁干扰（EMI）规范的不断增多，市场上开始出现各种类型的EMI吸波材料。一般而言，市场上所提供的这些吸波材料的厚度很薄并具有很好的外形柔韧性，再加上其背面带有粘合剂的设计使得我们能够很容易地将这些吸波材料应用到一些不符合电磁干扰和射频干扰（EMI/RFI）相关规范的产品表面。因此，选择合适的吸波材料就成为符合EMI/RFI相关规范、维护系统性能完好的一个关键因素。在10MHz到3000MHz的频率范围内，大部分吸波材料都会采用加入有损耗的磁性材料（例如，羰基铁或者铁氧体粉末等）的方式来削弱其表面电流。这些表面电流源于有害EMI和导体的相互作用， 而且它们的出现还会导致电磁场的二次辐射，因此为了保证产品符合相关规范，通常都会设法降低该表面电流。除此之外，这些表面电流还可能会对其它电路造成干扰，妨碍系统的正常运行。比较不同生产厂家提供的吸波材料的性能需要花 费大量的金钱和时间。考虑到EMI测试试验室每天几千美元的费用，试错试验（trialanderrortesting）的次数必须被限制到最少。因此，通过携带若干种可能会使用到的吸波材料到EMI试验室进行测试以确定效果最好的一种材料的方法已经被证明是一种非常昂贵的解决方法。而本文所介绍的这种简单的表面电流减小测试装置（SCRF）则允许我们对各种吸波材料样品的性能进行快速、简单的比较，从而缩小吸波材料的选择范围，确定某频率范围内具体EMI问题所需的性能最好的一种或两种吸波材料。SCRF装置主要由两个经过静电屏蔽的磁场环形天线构成，而且通过将它们小心地放置在相互垂直的位置上可以在相关频率范围内获得70dB甚至更高的隔离度。SCRF中的一个环形天线被连接到射频（RF）扫频源，而另一个环形天线则被连接到RF扫频接收机。如果将一块与产品壳体
各种吸波材料的比较
Christopher L Holloway 沙斐翻译 一前言 最早暗室（全电波）建于50年代，用于天线测量。吸波材料由动物毛发编制而成，外涂一层碳，厚2英寸（）。在~10GHz正入射时，反射系数为-20dB。60年代，以上的吸波材料被新一代、由一定形状的吸波材料所取代，正入射时反射系数为 -40dB。 目前普遍使用的聚氨酯锥体40年代就开始研究，60年代才有产品。正入射时的反射系数为 -60dB。然而可使用的频率范围较高，要求锥体的厚度（尖顶到基座）至少是几个波长。 电-厚锥体的良好性能主要来源于锥体直接的良好多重反射。由于锥体的厚度大于波长，锥体的周边反射入射波。波在相邻的锥体间不断的反射，再反射很多次。每次反射时总有一部分波被锥体吸收。因此，仅有小部分抵达锥体基座。基座吸收后到达金属板，金属板反射后又进入锥体，再通过多重反射和吸收。最后从锥体的尖返回的波已是非常小了。 电-厚锥体的最佳性能的获得，依靠锥体内渗碳加载的调节，要求碳负载足够小，以便每次波反射时进入锥体的波尽可能多，但渗碳加载又要足够大，以便充分吸收进入锥体的波的能量。 半电波暗室最早用于70年代，作为开阔场地的替代场地，测量辐射发射。频率范围为30－1000MHz。但最早暗室中粘贴的典型的吸波材料厚度为3－6英尺（－）。显然在30MHz 的频率上，厚度不可能是几个波长。因此暗室的频率范围被限制在90－1000MHz。 30－90MHz频段的吸波材料开发缓慢，因为无法预测和测量电-薄吸波材料（即厚度 <1 4 λ）的性能，只能安装上以后，测量暗室特性来判定。直到80年代中期，计算和测量技 术发展以后，对小型宽带吸波材料的评估才成为可能。【4】－【6】中叙述了在理论模型中使用“均质化方法”可以精确地计算吸波材料的反射特性。【7】－【10】中叙述了使用大测试装置直接测小型宽带吸波材料的反射特性。 在整个30－1000MHz的频段都要获得小的反射率，则小型宽带吸波材料必须使用锥形模型，它们在高频段是电-厚模型，但在低频段则是电-薄形材料。电波入射到电-薄型吸波材料上时，它们并不在乎吸波材料的实际几何形状是锥型还是楔型。相反，它们的行为就象照射到一固体媒质上，该媒质的有效ε和μ随进入媒质的距离而变化。注意这是有效ε和有效μ和构成吸波材料的实际ε和μ是不同的。 最佳的吸波材料提供了从空气阻抗到吸波材料基座的波阻抗的逐渐过渡。正确的渗碳加载可使大部分入射波穿透锥或楔，并在通过基座时被吸收。更进一步调节渗碳可以使入射波被锥或楔反射的那一部分和从金属板反射后从吸波材料中透出来的那一部分那互相抵消，这种抵消可以获得非常小的反射率。显然只能发生在较窄的频率范围。一般说来渗碳加载对电-厚和电-薄材料的要求是不同的，【6】因此对于工作频率在30－1000MHz的小型宽带吸波材料（锥或楔型），渗碳加载既要考虑高频时的电-厚，又要考虑低频时的电-薄情况。这是极富于挑战性的。 60年代初期日本开发了电-薄型铁氧体瓦作为聚氨酯锥型和楔型的替代物。由于瓦的吸波性能和空气比较接近，在空气－瓦片界面反射很小，入射波直接渗入瓦片。又因为瓦片对磁场损耗大，所以渗入波被吸收。如有穿过瓦片的，则被金属板反射，重又回到瓦片，被再次吸收。如还有穿出瓦片回到空气中的，则可以象锥型和楔型吸波材料那样，调节瓦片厚度，在一定的较窄的频率范围内使其与瓦片直接反射到空气中的那一部分相抵消。 近年来，薄锥和楔（200－1000MHz）＋铁氧体瓦＋介质层（30－600MHz）构成了超小型
高温吸波材料研究应用现状
高温吸波材料研究应用现状（转帖） 高温, 转帖, 应用, 研究 隐身技术是通过控制和降低武器系统的特征信号，使其难以被探测、识别、跟踪和攻击的技术。现代及未来战争中，雷达是探测目标最可靠的手段，隐身技术的研究以雷达隐身为重点[1]。武器系统的隐身能力可以通过外形设计和使用隐身材料来实现，但对外形的过多要求会引起空气动力性能的下降，并导致装容空间的减小和其他损失，所以开展吸波材料的研究 成为隐身技术的关键。 按照吸波材料的结构形式，可将它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]。对于吸波/承载一体化吸波材料即结构吸波材料，兼顾了承载和吸波双重功能，不额外增加重量，且材料本身在力学性能和吸波性能上具有较强的可设计性，从而具有较强的实用价值。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3类。在飞机的尾喷管等高温部位，其工作温度往往在700℃以上，大部分磁性吸收剂由于居里温度较低而失去吸波性能，致使高温吸波材料仅依靠电损耗机制来吸收雷达波。国外对耐高温吸波材料虽然已进行了较多的研究，但由于涉及军事应用，没有详细报道。从文献分析可以发现，陶瓷基复合材料是国外研制高温吸波材料的主要方向。本文简述了国外高温结构吸波材料基体和吸收剂的研究应用进展，并展望了高温吸波材料的 发展方向。 高温吸波材料基体 为满足低反射、高吸收以及宽频带吸收的要求，吸波材料往往被设计成双层或多层结构，即吸波材料由阻抗变换层和吸收层组成，并通过优化设计使其具有较好的吸波性能。优化设计结果表明，阻抗变换层具有较低的介电常数时，有利于雷达波进入吸波材料内部，从而表现出较好的吸波性能。另外，吸收层中吸收剂的介电常数往往较大，为了使吸收层介电常数不致太大，基体的介电常数不能太大。作为高温结构吸波材料的基体，还应具有较强的承载能力和易烧结制备性。由于材料在高温和常温下工作，基体还应具有较低的热膨胀系数及较强的耐热冲击性，此外，还应考虑到基体与吸收剂的匹配问题。 当前研究较多的高温吸波材料基体可分为两类：(1)陶瓷基体，如Si3N4、Al2O3、AlN、莫来石、堇青石等；(2)耐高温玻璃基体，如LAS玻璃、磷酸盐玻璃、MAS玻璃等。其性能如 表1所示[3-10]。 高温吸波材料用吸收剂 高温吸波材料主要靠吸收剂对电磁波进行吸收。性能优良的吸收剂要求高效吸收、宽带吸收且密度较小。对于耐高温吸收剂来说，控制其介电常数和损耗是关键。目前，国内外研究和 应用较多的耐高温吸收剂主要有以下几类。 1 碳化硅 碳化硅是当前国外研究最为广泛的耐高温吸收剂，其突出优点是具有优良的力学性能、高强度和良好的电性能。另外，碳化硅具有极其优异的耐高温性能，这是普通吸收剂所不具备的。
一种基于超材料的六频带吸波体设计
第48卷第1期（总第187期） 2019年3月 火控雷达技术 Fire Control Ｒadar Technology Vol.48No.1（Series 187） Mar.2019 收稿日期：2018-10-22作者简介：李易（1993－），男，硕士研究生。研究方向为武器系统与运用工程。 一种基于超材料的六频带吸波体设计 李 易 （西安电子工程研究所 西安710100） 摘 要：本文设计了一种基于电磁超材料的具有多个频带吸波特性的吸波体。该吸波体的主体是由三层结构组成，上层为6个金属方框相套组成，中层为超材料有耗介质，下层的金属铜板作为金 属背板。这种结构可以实现在6个频点处的窄带吸波，其中在2．5GHz 处只能达到64%的吸波率，而在其他五个频点都能达到90%以上的吸波率。此外由于该结构具有旋转对称性，因而具有极化不敏感特性，又经由仿真得到该结构具有宽入射角特性，结果表明该超材料吸波体在雷达隐身领域具有潜在应用价值。 关键词：超材料；吸波体；多频带吸波 中图分类号：TN95文献标志码：A 文章编号：1008－8652（2019）01－085－04 引用格式：李易．一种基于超材料的六频带吸波体设计［J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：85－88．DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．018Design of a Six-band Absorber Based on Metamaterial Li Yi （Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100） Abstract ：A six-band absorber based on metamaterial is designed in this paper ．This absorber is mainly composed of three layers ，the top one is composed of six metal frames ，the middle layer is metamaterial lossy medium and the lower layer is a metal plate as the metal floor．This absorber can achieve narrowband absorption at six frequency points．When the frequency point at 2．5GHz ，the absorption is only 64%，but others can achieve more than 90%．Moreover ，because of the rotational symmetry ，this structure has polarization-insensitive characteristics．And then ，the simulation results show that the structure has wide incidence angle characteristics and this metamaterial absorber has potential application in radar stealth field． Keywords ：metamaterial ；absorber ；multiband absorbing 0引言 超材料吸波体在近些年引起了人们的广泛关 注。自从2008年Landy ［1］ 等第一次提出了完美吸 波的超材料吸波体， 人们开始深入研究这种通过达到阻抗匹配时的金属结构谐振和有损耗的电介质对 电磁波进行损耗吸收的吸波体。之后，人们对超材料吸波体的研究慢慢扩展开来，例如双频带［2－3］ 、三 频带、宽带 ［4］ 和可调频带吸收。 本文采用6个同心金属环相套的结构， 实现了6个频带的吸波。由于组成该结构单元的金属方环具有四重旋转对称性，所以该结构具有极化无关特性，又由仿真验证该结构具有入射不敏感特性。 1结构设计 本文利用HFSS 软件进行建模仿真，模型由真 空腔，金属背板，超材料介质与金属结构四部分组 成，如图1所示：
磁性材料分类
磁性材料 主要是指由过度元素铁,钴,镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质. 磁性材料从材质和结构上讲，分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类，铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。 从应用功能上讲，磁性材料分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。 磁性材料从形态上讲。包括粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。 磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。 顺磁性 paramagnetism 顺磁性物质的磁化率为正值，比反磁性大1～3个数量级，X约10-5～10-3，遵守Curie定律或Curie-Weiss定律。物质中具有不成对电子的离子、原子或分子时，存在电子的自旋角动量和轨道角动量，也就存在自旋磁矩和轨道磁矩。在外磁场作用下，原来取向杂乱的磁矩将定向，从而表现出顺磁性。 顺磁性是一种弱磁性。顺磁(性)物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。但是原子(或分子)磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用)，因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态，原子磁矩互相抵消而无合磁矩。但是当受到外加磁场作用时，这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。这样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值，但数值也是很小,一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一(10-5)，并且随温度的降低而增大。 抗磁性 diamagnetism 抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。这样表示物质磁性的磁化率便成为很小的负数(量)。磁化率是物质在外加磁场作用下的合磁矩(称为磁化强度)与磁场强度之比值，符号为κ。一般抗磁(性)物
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
吸波建筑材料的研究及应用进展
吸波建筑材料的研究及应用进展 发表时间：2014-12-25T08:58:25.343Z 来源：《防护工程》2014年第9期供稿作者：官举红 [导读] 随着科技的日益进步,电磁技术给人类创造了巨大的物质文明,但也把人们带进一个充满人造电磁辐射的环境里。 官举红 重庆热展建筑工程咨询服务中心重庆 400012 [摘要]随着现代科学技术的发展，吸波材料被广泛的应用于人体安全防护、微波暗室、通讯以及导航系统的电磁干扰等多方面。本文对吸波建筑材料的研究及应用进展进行了详细分析。 [关键词]建筑吸波材料;应用前景;发展趋势 一、前言 目前，微波吸收材料的发展越来越明显地呈现出功能上频谱兼容化、材料形态上低维化、材料设计上智能化超长化、材料组成上复合化、材料性能上多样化和材料应用上民用化的发展趋势。 二、开发研制新型建筑吸波材料的必要性 随着科技的日益进步,电磁技术给人类创造了巨大的物质文明,但也把人们带进一个充满人造电磁辐射的环境里。电磁辐射污染已经成为继大气污染、水污染和噪声污染之后的第四污染源[1],且随着电子、电信技术快速发展而日趋严重。常规电磁屏蔽的方法会带来电磁波的高反射,因此寻找低反射高吸收的材料成为吸波材料的研究热点。 民用方面,大功率电磁波发射塔、电台等向外界不断发射的电磁波,常常会带来通讯干扰、电子迷雾等问题。更为严重的是,数以百万计的人们由于长期暴露在来自电缆和家庭电器的电磁辐射中,患癌症和退化性疾病的危险正在增加,高频电磁波对生物肌体细胞、人体神经系统、循环系统、免疫、生殖和新陈代谢功能具有极强的辐射伤害。研究开发新型建筑吸波材料,为人们提供弱电磁辐射的居住及办公环境十分必要。 军事上,随着世界上许多国家对现代战争的第四战场——电磁战的深入研究,目前电磁战已主要应用于以下两个方面:一是在战争中对敌方进行大规模、高强度的持续电磁干扰,使得敌方的指挥、通讯等系统不能够正常运作;二是近些年来一些军事强国越来越重视对电磁武器的研究。目前,美国等国家已经研制出一种威力巨大的电磁武器——电磁炸弹。这种特殊的炸弹在爆炸时能够向周围空间辐射极强的脉冲电磁波,能够迅速使得敌方的电力通讯设施陷入瘫痪。由于以上原因,建筑吸波材料作为防电磁战中的重要一环越来越受到重视。如对于一些要害部门的建筑物、设备设施可以使用吸波建筑材料来防止敌方的电磁干扰或电磁武器的攻击。另外,为了更好地保护指挥机关、仓库等一些重要军事场所及设施,需在这些建筑物表面使用吸波材料来吸收电磁波以减小被敌方雷达探测到的可能性,从而提高它们的战场生存能力。因此,从民用与军用两方面考虑,有关非运动目标(如:大型建筑物、军事掩体、机场、雷达站等)建筑吸波材料的研究十分必要。 三、吸波材料的吸波机理 吸波涂料能够吸收投射到它表面的电磁波能量,并通过材料的损耗转变成热能等其他形式的能量。材料吸收电磁波的基本条件:1)电磁波射入材料时能最大限度地进入材料内部(匹配特性);2)进入材料内部的电磁波能迅速衰减掉(衰减特性)。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。 四、建筑吸波材料的应用前景 1.钢纤维混凝土 混凝土是用量最大、用途最广的建筑材料,吸波混凝土及功能、环保、结构于一体,在传统高耐久性的基础上赋予吸收电磁波的功能,符合高新技术改造传统材料的发展方向。在建筑工程中,厘米级的钢纤维与混凝土粘接性能好,复合基体能共同承受荷载,与普通同级的混凝土相比塑性、韧性显著增大,抗拉、抗弯性能也显著提高[3],但是关于厘米级的钢纤维掺入混凝土后的吸波性能研究未见有公开报道。华中科技大学的杨海燕等,研究了不同长度、不同占空比钢纤维混凝土对军用频率范围电磁波的吸收衰减特性,并分析了它们之间的关系。2-18GHz其最大吸收率达9.8dB,4dB带宽最高15.28GHz。 2.手性吸波混凝土 在近年的研究中发现,在混凝土中掺入晶须,试样干燥后试件外形出现弯曲;掺入,虽然改善了混凝土的吸波性能,但随着掺量的增大,试件出现脆裂。这表明仅靠调整混凝土的电解质损耗以及磁介质损耗,吸波性能的改善存在极限,同时还伴随了混凝土力学性能的降低甚至破坏。康青[4]提出在混凝土中掺入螺旋结构钢纤维线圈,即制得手性吸波混凝土,结合混凝土中的电损耗介质、磁损耗介质,建立手性吸波混凝土的理论模型,制备不同配合比的实验样品,研究电磁损耗机理及规律,获取优化的吸波混凝土设计方案。这样既克服了吸波混凝土改性中力学性能下降的难题,有增大了吸波混凝土的损耗机制。 3.碳纤维混凝土 研究了波纹型单纤维的吸波性能和能量耗散机理,推到了波纹型碳纤维混凝土结构能量耗散因子计算公式,并进行了能量耗散分析。对于碳纤维混凝土板,板厚,碳纤维弹性模量,纤维密度,碳纤维混凝土弹性模量,混凝土密度,实验结果表明,碳纤维在纤维混凝土中的体积分数为时,有较高的结构损耗因子,此后随着体积分数的增大,结构损耗因子也不会增高,甚至降低。 4.防辐射涂料 防辐射涂料一般是在普通涂料中加入吸波材料制成,并要求施工性能好、不易脱落且成本不能太高。目前相关的研究成果较多,如有专利采用含有铁、锌、钴、铜、锂等成分的原料预烧、球磨、热处理、粉磨后按照一定比例和普通涂料混合制备成环保型建筑吸波涂层,可吸收500MHz-5600MHz的电磁波。还有专利将吸波组分与其他环保手段结合起来,制备出多功能环保吸波建筑涂料。 五、吸波建筑材料的发展趋势 随着吸波建筑材料的应用不断扩大,人们对其性能要求也越来越高,已有的吸波建筑材料很难满足实际应用的要求。目前吸波建筑材料的研究主要有以下趋势。 1.宽频薄层吸波建筑材料 电子技术的迅速发展要求吸波建筑材料的工作频段越来越宽。目前的宽频吸波建筑材料主要应用在微波暗室,不但厚度大,而且成本很
吸波材料简介
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
一种超宽带、轻质、宽入射角超材料吸波体的拓扑优化设计-
文章编号:１００１-９７３１(２０１５)２３-２３０５６-０５ 一种超宽带二轻质二宽入射角超材料吸波体的拓扑优化设计?随一赛,马一华,王冬骏,庞永强,王甲富,屈绍波 (空军工程大学理学院,西安７１００５１) 摘一要:一基于电阻型频率选择表面,通过遗传算法进行拓扑优化的方法,设计了一种具有超宽带二轻质二宽入射角和极化不敏感特性的超材料吸波体,该吸波体的吸收率在９０％以上的带宽为３．４~２３．２GHz,相对带宽高达１４９％,并且针对TE极化,当入射角增加至５５?时,吸收率均仍保持在８０％以上;对于TM极化,该吸波体保持９０％以上吸收率到７０?.由于采用聚氨酯泡沫作为基体,该吸波体面密度仅为０．３５/cm３.设计的超材料吸波体具有易于实现的特点,具有良好的应用前景.同时该拓扑设计的方法还可应用到左手材料二频率选择表面的超材料设计中. 关键词:一电阻型频率选择表面;吸波;拓扑优化;遗传算法 中图分类号:一TB３４文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．２３．０１２ １一引一言 近年来,新型人工超材料作为自然材料不能实现功能的补充和拓展,已经引起了广泛的关注.超材料是由人工复合结构或者复合材料组成的对特定电磁波具有调制作用的人工材料,其研究应用范围涵盖了左手材料二完美吸波体二频率选择表面二相位梯度超表面二电磁带隙结构和完美磁导体等[１-８].Pendr y等通过开口谐振环首次实现了负的磁导率和介电常数[２];Shel-b y首次通过实验实现了左手材料[９];Land y等提出了一种完美吸波体的超材料[５].从Land y等的工作出发,相继出现了高效吸收９９．９％的吸波体二双带以及多带超材料吸波体[１０-１４].Fili pp o等[１５]提出了电阻型超材料吸波体,并根据等效电路理论给出了设计规则,设计的吸波体可以实现宽频强吸收. 超材料完美吸波体作为一种新型的吸波材料已被应用[１６-１７].但目前,最常见的超材料基于谐振机制,其性能主要由结构类型二结构参数以及组份材料的性质决定.由于结构类型的多样性以及材料性质对结构参数的敏感性,超材料的设计仅仅依赖简单的物理模型和经验是不够的.因此,借助某种成熟的优化算法,对结构及其参数进行优化设计已经成为超材料设计和应用研究的重要途径[４,６,８]. 拓扑优化作为一种新颖的优化设计方法,克服了仅仅依赖于人的经验和简单物理模型结构等主观性较强的方法的缺点.通过遗传算法按照一定规律随机生成一连串的二进制编码,并按照相应的机制解码后行建模和数值计算.本文根据拓扑优化的设计方法,设计了一种基于电阻型频率选择表面的超材料吸波体(resistance fre q uenc y selective surface absorber,RF-SSA)[１８-１９].该吸波体采用泡沫作为介质基板表面加载电阻型频率选择表面,具有轻质二宽吸收频带等优点,吸收率在９０％以上的带宽拓宽为３．４~２３．２GHz.仿真和实验结果均验证了该吸波体的宽带吸收性能.２一RFSSA的拓扑设计及优化 ２．１一RFSSA拓扑设计 本文根据电阻型频率选择表面设计的设计方法,设计了一种轻质二宽频带三明治夹层结构的吸波体,结构如图１所示,在加载金属背板的介质基板(聚氨酯泡沫,ε＝１．２)上用二进制编码的方式设计拓扑结构,结构采用电阻型频率选择表面实现 . 图１一吸波体结构及拓扑图 Fi g１The confi g uration of RFSSA and its to p olo gy 考虑到吸波体的极化无关特性,采用中心对称的二进制编码,每层编码区域为５?１０的像素点,每个像素点由１和０分别表示有无电阻片,这种编码方式使得编码长度大大缩减,从而有利于提高拓扑设计的效率和优化算法的收敛速度.同时将周期性单元结构的 ６５０３ ２２０１５年第２３期(４６)卷 ?基金项目:国家自然科学基金资助项目(６１３３１００５,１１２０４３７８,１１２７４３８９);中国博士后科学基金资助项目(２０１３M５３２１３１,２０１３M５３２２２１);全国优秀博士论文作者专项资金资助项目(２０１２４２) 收到初稿日期:２０１４-１２-３０收到修改稿日期:２０１５-０６-１５通讯作者:马一华,E-mail:mahuar＠１６３．com 作者简介:随一赛一(１９９３－),男,安徽亳州人,在读硕士,师承马华教授,主要从事超材料应用研究.
1纳米铁氧体磁性材料的制备
材料科学前沿 题目：纳米铁氧体磁性材料学院：理学院 班级：Y130802 姓名：陈国红 学号：S1*******
摘要：铁氧体纳米磁性材料是一类非常重要的无机功能材料，其应用涉及到电子、信息、航天航空、生物医学等领域。综述了纳米结构铁氧体磁性材料化学制备方法的研究进展，以及它们的应用，分析了其存在的问题，展望了研究和开发纳米结构铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。 关键词：纳米磁性材料；铁氧体；制备；应用
铁氧体是从20世纪40年代迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。与金属磁性材料相比，铁氧体具有电阻率大、介电性能高、在高频时具有较高的磁导率等优点。随着科学技术的发展，铁氧体不仅在通讯广播、自动控制、计算技术和仪器仪表等电子工业部门应用日益广泛，已经成为不可缺少的组成部分，而且在宇宙航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面，也开辟了广阔的应用空间。在生产工艺上，铁氧体类似于一般的陶瓷工艺，操作方便易于控制，不像金属磁性材料那样要轧成薄片或制成细粉介质才能应用。由于铁氧体性能好、成本低、工艺简单、又能节约大量贵金属，已成为高频弱电领域中很有发展前途的一种非金属磁性材料 l铁氧体的晶体结构 铁氧体作为一种具有铁磁性的金属氧化物，是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物。实用化的铁氧体主要有以下几种晶体类刑 1．1尖晶石型铁氧体 尖晶石型铁氧体的化学分子式为MnFe 20 4 或M0Fe 2 3 ，M是指离子半径与二价 铁离子相近的二价金属离子(Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Co2+等)或平均化学价为 二价的多种金属离子组(如Li 0.5Fe 0.53 )。以Mn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物 MnFe 20 4 称为锰铁氧体，以Zn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物ZnFe 2 4 称为锌铁氧体。 通过控制替代金属，可以达到控制材料磁特性的目的。由一种金属离子替代而成的铁氧体称为单组分铁氧体。由两种或两种以上的金属离子替代可以合成出双组 分铁氧体和多组分铁氧体。锰锌铁氧体(Mn—ZnFe 2O 4 )和镍锌铁氧体(Ni—ZnFe 2 4 ) 就是双组分铁氧体，而锰镁锌铁氧体(Mn—Mg—ZnFe 2O 4 )则是多组分铁氧体。 1．2磁铅石型铁氧体 磁铅石型铁氧体是与天然矿物——磁铅石Pb(Fe 7.5Mn 3.5 Al o.5 Ti 0.5 )0 19 有类似晶 体结构的铁氧体，属于六角晶系，分子式为MFe l20 19 或Bao·6Fe 2 3 ，M为二价金 属离子Ba2+、Sr2+、Pb2+等。通过控制替代金属，也可以获得性能改善的多组分铁氧体。 1．3石榴石型铁氧体 石榴石型铁氧体是指一种与天然石榴石(Fe，Mg) 3A1 2 (Si0 4 ) 3 有类似晶体结构