薄型多层雷达吸波材料结构设计与发展
Vol .36 No .3 Jun.2007 SURFACE TECHN OLO GY
综述?专论
薄型多层雷达吸波材料结构设计与发展
朱立群,古璟
(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)
[摘 要] 根据雷达吸波材料厚度薄、质量轻、吸收频带宽、吸波能力强(薄、轻、宽、强)的发展目标,介绍了多层雷达吸波材料的研究现状和几种宽频吸波结构的设计方法。分析讨论了采用多层结构的雷达吸波材料,以及依据阻抗匹配原理提高材料吸波性能的可能性。提出将多层吸波材料和宽频吸波结构结合得到一种涂层型的薄型(20
μm 左右)多层雷达吸波材料的研究思路,建立了薄型多层雷达吸波材料由多层结构、表面为离散式分布的斑点、内部再穿插一些非吸波薄膜的材料模型。初步试验表明这种薄型多层雷达吸波材料可以提高吸波性能。
[关键词] 薄型;多层结构;涂层;结构设计;雷达吸波材料[中图分类号]T B34;T Q637
[文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2007)03-0049-04
Structure D esi gn and D evelop m en t of Th i n M ultil ayer RA M
ZHU L i 2qun,GU J ing
(School of Materials Science and Engineering,Beijing University of Aer onautics and A str onautics,
Beijing 100083,China )
[Abstract] According t o the devel opment directi on 2thin thickness,light density,br oad frequency band and inten 2sive results of RAM ,recent studies of multilayer RAM and designing methods of several br oadband abs orbing structures were discussed .RAM with multilayer structure and possibility t o i m p r ove abs orbing ability according as i m pedance matc 2hing p rinci p le were analyzed .Thin multilayer radar abs orbing material integrating the multilayer RAM and the br oadband structures is studied t o enhance abs orbing p r operties of RAM ,and the novel structure of the thin multilayer RAM will p r o 2duce a ne w field in the study of RAM.This multilayer structure is made of dis perse s pot on the surface,non 2abs orbing fil m inserted int o inner .It indicates that the structure can i m p r ove abs orbing ability according t o p ri m ary experi m ents .
[Key words] Thin type;Multilayer;Coating;Structure design;Radar abs orbing materials (RAM )
[收稿日期]2007-01-27
[作者简介]朱立群(1955-),男,山东菏泽人,教授,博士生导师,主要
从事材料表面功能性涂镀层方面相关的研究工作。
0 引 言
20世纪30年代随着无线电技术特别是雷达的问世,与之
对应的雷达隐身材料也出现了,如荷兰科学家研制的雷达吸波材料,以及日本学者开发的铁氧体材料2硅钢片吸波材料。20世纪50年代,为了既能获取情报又能隐蔽飞行,美军在SR 21型“黑鸟”侦察机上采用了隐身吸波涂层。20世纪60年代中期以后,美、苏、日、英、法等国相继开发先进的隐身技术。20世纪80年代,美国的多种隐身作战飞机已开始装备部队,如F 2117A 、B 2
2,并在局部战争中发挥了巨大作用。20世纪90年代以来,随
着各种隐身飞机(如F 222、S 237)、隐身导弹、隐身舰船、隐身坦克等隐身兵器的投入使用,隐身技术迅速成为全球军事领域的研究热点。隐身技术中,由于雷达侦察是目前用得最多、最有效的侦察手段之一,雷达隐身成为一种重要的隐身技术。使用雷达吸波材料是雷达隐身中最常用的手段之一,厚度薄、质量轻、
吸收频带宽、吸波能力强(薄、轻、宽、强)的吸波材料是雷达吸波材料发展的总体目标。
吸波材料中,多层雷达吸波材料因可设计自由度大、易于展宽频带、降低面密度、适宜于工程应用、理论相对成熟等特点得到了广泛研究。依据阻抗匹配原理设计的多层吸波材料,在吸波性能上较传统的单层吸波材料有较大提高,但普遍因为涂层厚,质量大而影响了武器装备的使用性能;如果单一地减小吸波材料的厚度,将会导致雷达波来不及损耗就反射出吸波体之外,起不到吸收雷达波的作用。因此,在降低多层吸波材料厚度的同时,使其具有较强的雷达波吸收能力,并满足一定的工程应用需求,是目前吸波材料研究领域中亟待解决的一个难点。
基于上述问题,对多层吸波材料、几种宽频吸波结构和薄型多层吸波材料与结构进行了分析讨论,为雷达吸波材料的结构设计和研究提出一些有益建议,突出强调了吸波材料“薄型”的思想,对薄型多层吸波材料结构的设计有一定的指导作用。
1 多层吸波材料的发展
进行多层复合设计时,常用模型为阻抗变换层和损耗层匹
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4
配组成的双层复合吸波结构。为了展宽频带可采用3～5层涂层,随电磁损耗介质含量的变化,形成层间阻抗渐变的多层涂层结构,在各涂层之间、表层与空气之间达到最大可能的阻抗匹配,减小入射雷达波在吸波材料表面的反射,使雷达波较易进入吸波材料内部被损耗吸收。
多层涂层吸波材料中,以纳米多层膜吸波材料和多层匹配涂层吸波材料方面的研究较多。
1.1 纳米多层膜吸波材料
众所周知,提高材料吸波性能的一个关键是提高吸波剂颗粒的电磁性能。传统的铁氧体、羰基铁类吸波剂因良好的吸波效果已被应用于工业生产,但存在密度大、频带较窄等缺点。结合阻抗匹配理论,对涂层中吸波剂颗粒进行表面改性,充分发挥单位质量损耗层材料的作用[1],制备出改性的纳米多层膜吸波剂,是研制新型吸波材料的一条有效途径。
近年来国内外对纳米多层膜吸波剂应用于雷达吸波材料领域开展了相应研究,取得了很多成果,从相关文献的报道可以看出真空沉积法(溅射法)和化学法制备技术比较普遍[2]。美国明尼苏达采矿和制造公司[3]在中空玻璃球(直径D =20～
60n m )表面利用溅射成膜技术生成纳米多层膜吸波剂,这种材
料共有3层,自内向外依次是中空玻璃球、损耗层、绝缘层,当吸收剂体积填充率为60%时,所得涂层的密度为0.4～0.46g/
c m 3
。涂层厚度为2.66mm,电磁波垂直入射时,8～12GHz 的反
射率在-15d B 以下。Sung 2SooKi m a 等[4]用化学镀的工艺在空心陶瓷基体上沉积了Co 和Co 2Fe 薄膜,制备的吸波剂不仅具有很低的密度,还具有很强的吸波能力。通过调整薄膜中Co 含量可改变吸波剂的吸收峰和频谱效应,其涂层的厚度为1.5mm 时的吸波效果如图1所示。法国学者[5]成功研制了一种宽频吸波纳米级微屑,这种纳米微屑是用真空沉积法制成超薄夹层结构后粉碎而得的,由超薄不定形磁性薄层及绝缘层堆叠而成,磁性层厚度为3n m,绝缘层厚度为5n m,绝缘层可以是碳或无机磁性材料。这种纳米多层膜叠合而成的夹层结构具有很好的微波磁导率,在0.1～10GHz 的频带内,磁导率的实部和虚部均大于6,与粘结剂复合的吸波涂层在50MHz ～50GHz 频率范围内具有良好的吸波性能
。
图1 空心陶瓷镀Co 2Fe 薄膜的吸波效果[4]
Figure 1Reflecti on l oss deter m ined in the rubber composites containing the m icr os pheres coated with Co 2Fe thin fil m
国内邓联文等[6]用磁控溅射工艺制备了CoFeZr 22Si O 2多层膜。用谐振腔法测得CoFeZr 2(20n m )/Si O 2(4n m )10多层膜
试样在2GHz 时μ′=121,μ″=147。陶冶等[7]
配制了钡铁氧体
PSS (poly s odiu m 42styrenesulf onate )溶胶,并利用静电自组装的
方法在普通玻璃板上组装了A /B 型纳米多层膜,考察了纳米多层膜的吸波性能。结果表明,总层数为30个双层,总厚度为
200n m 左右的纳米多层膜有显著的吸波效应,在8～18GHz 频
率范围内,最大吸波率达到16.85d B 。朱来宾等[8]利用磁控溅射制备了磁性多层膜微波吸波剂Fe /Si O 2。多层膜Fe 层的厚度为435n m,Si O 2层厚度为50n m,经过优化设计,粉体吸波剂样品反射率小于-4d B 的带宽为13.84GHz,厚度为1.01mm;短切纤维吸波剂样品反射率小于-4d B 的带宽为12.56GHz,反射率小于-10d B 的带宽为6.64GHz,厚度为1.47mm 。董星龙等[9]用直流电弧等离子体法在甲烷和(H 2+A r )气氛下分别制备包覆层为多层碳膜和N i 2O 3膜的两种纳米镍粒子。测试结果表明,碳包覆纳米镍粒子在2～18GHz 频率范围内电磁参数大小搭配及频率响应特性优于氧化物包覆纳米粒子。除了上面的溅射法、静电自组装法和直流等离子体法外,国内对纳米多层膜吸波剂的研究还采用了其它如化学沉积[10211]
、离子注入[12]等方法,
并取得了一定的吸波效果。
改性纳米多层膜吸波剂对吸波效果有大的改善作用,实现了吸波材料的轻质高强,有望发展为一种实用性的高效吸波材料。而从目前的研究看,大部分的纳米多层膜吸波剂尚未在吸波材料中应用,还处于研究阶段,应用性能需进一步改进,有待深入研究。
1.2 多层匹配涂层吸波材料
多层匹配涂层吸波材料具有可以控制各层的厚度、各层中吸波剂的种类、比例等,而且调节电磁参数也相对容易,实现阻抗匹配方便,易于展宽频带等优点。日本电气公司[13]研制的双层吸波材料的吸收层由铁氧体粉末和黄铜短纤维、环氧树脂组成,变换层由铁氧体和环氧树脂组成。与单一吸收层相比,X 波段R <-20d B 的带宽从0.5GHz 增加到4GHz,提高了8倍。
关于多层匹配,崔晓冬等[14]设计了硫化锑作为面层(匹配层)填料,炭粉作为吸波层填料的双层吸波材料。研究表明匹配层自身几乎无耗波作用,与底层叠加可极大提高吸波材料的吸波能力,R <-10d B 的带宽为7.2GHz 。何燕飞等[15]设计了3层平板吸波体,面层由二氧化钛材料组成,底层为铁、钴等强磁损耗体,中间层由磁性微粉与碳纤维组成,3层吸波体在8～
18GHz 频带的反射率在-8d B 以下,叠层涂层总厚度为1mm,电
磁波反射率结果如图2所示。罗洁等[16]将不同温度条件下制备的碳团簇型材料细粉以一定比例与环氧树脂混合,然后在模具中固化成型,其中组合方式为1000℃(变换层)+600℃(吸收层)的隐身涂层的吸波能力尤佳。该材料厚度为(1.85±0.1)
mm,密度为1.16g/c m 3
,在8～12.4GHz 频率范围内最小反射率
达-30d B,其中反射率小于-10d B 的吸收带宽近60%。王智慧等[17]用化学镀镍层和吸波涂层结合的方法,对单层、双层和
3层涂层的吸波性能进行了实验研究。结果表明双层复合涂层
的吸波性能较单层在低频段有较大的提高,3层复合涂层的吸波性能优于双层,镀镍层对提高吸波性能作用明显。吴键等[18]通过表层微孔发泡以及内层喷涂碳纤维工艺,以玻璃钢复合成型为基础制备了超薄吸波结构板材。这种吸波结构板材的平均厚度为4～5mm,在8mm (30～40GHz )波段及3mm (70～
110GHz )波段,材料均有小于-8d B 的吸收衰减,平均在-11d B
以下,最好可达到-15d B 。
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图2 3层平板吸波体的反射率[15]
Figure 2Reflectivity of three 2layered sheet abs orber
从上述研究看,与单层相比,多层涂层吸波材料吸波频带变“宽”,吸波能力增“强”,涂层厚度有减“薄”的趋势,因此,是一种很有发展潜力的雷达吸波材料。
但目前存在的问题是:多层匹配吸波材料的报道大都是采用计算机编程的方法,从理论和模型的角度来设计吸波涂层结构
[19221]
,多用2层或3层叠加,实验研究中采用4层以上的设
计较少,因此,许多试验研究还有待深入。
2 宽频吸波结构
除了以上介绍的多层吸波材料各层阻抗渐变的设计外,还可从结构的角度设计吸波材料以达到宽频吸收的效果。
2.1 分块结构
分块设计主要利用不同区域吸波材料具有不同的吸波效果,电磁波入射时,在吸波材料表面产生不同频率或振幅的反射电磁波相遇,会发生干涉而抵消大部分电磁波这一原理而设计的一种吸波结构。
如图3所示,将平板试样分成两个区域分别填充两种吸波材料,并且分为两层,同一吸波材料在两层的浓度可以不一样,通过调节各层的浓度也可以调节平面试板的吸波性能[22]
。
2.2 立体结构
立体结构指立体式构型如锥体状、丛林状等结构,这种结构可以使电磁波在立体式构型中产生多次震荡损耗,从而吸收电磁波。
锥形(方锥或圆锥)设计方法是一种典型的立体结构设计方法。如图4所示,制备方法是在一个同轴铸模中将磁性粉末和高聚物粘合剂定模注入[23],待固化成型后取出即制成。
胡传炘等
[24]
在伪装网表面结构的设计过程中,对平板、锥
体和丛林式三种几何结构进行对比,三种几何结构如图5所示,发现在相同条件下,立体式结构的吸波效果要远远优于平板式,
而立体式结构中,丛林式吸波效果最好,2～18GHz 频带内,最大衰减值达18.24d B,且对应频率移向低频区,5.75～18GHz 频带内实现了大于8d B 的衰减量。这种立体式结构可以增加电磁波在吸收材料中的反射次数,从而提高吸波效果
。
段玉平等人[25]设计了一种非连续体吸波平板,将炭黑造成颗粒直径为3mm,高度为3～5mm 的圆柱体,并制成两种试样,一种将颗粒用粘接剂包裹后浇铸成型制备非连续体试样,另一种在模具中热压为致密试样,进行了对比试验,两种试样的照片如图6所示。测试结果表明,不同厚度(6mm 、10mm )的非连续体试样反射率均超过-6d B;当厚度达到20mm 时,其反射率在
8～18GHz 频率范围内超过-15d B 。而不同厚度的热压致密试
样除几个吸收峰值外,反射率都低于-10d B 。
2.3 多孔结构
多孔结构对提高吸波材料的电磁波吸收效果也有一定作用。赵彦波等人[26]对发泡型聚苯乙烯(EPS )填充普通硅酸盐水泥制备的水泥基多孔复合材料的吸波性能进行了研究,结果表明:EPS 的体积分数为60%,样品厚度为20mm 时反射率最小,在8～18GHz 范围内,小于-10d B 的带宽达6GHz 。
从以上各种宽频吸波结构可以看出,无论是分块结构、立体结构,还是多孔结构,都基于一个思想,即将电磁波引入吸波材料内部通过一系列的反射吸收过程损耗。将这些宽频吸波结构引入吸波材料,不仅可以在沿吸波材料的厚度方向缓慢改变有效阻抗以获得最小反射,同时能够降低吸波材料的密度,达到
“轻”的要求。
3 薄型多层吸波材料与结构
通过对上述各种多层吸波材料的分析,可以看出多层结构提高了吸波材料的吸波效果,但同时由于吸波材料吸收雷达波的能力和材料本身厚度有一定关系,厚度薄的情况下吸波效果不明显,因此,现有多层吸波材料一般厚度较大,会导致实际应用中使用性能的降低。从介绍过的几种宽频结构可以看出,离散式结构,如丛林式、非连续体等对吸波材料吸波能力的提高有
1
5
较明显的作用。设想将多层涂层吸波材料和宽频结构相结合,在降低吸波材料厚度的同时引入某种离散式结构强化吸波能力,设计制备一种薄型多层吸波材料与结构。
结合上述构想,我们以多层涂层吸波材料和表面离散式结构为依据,设计了一种薄型多层吸波结构,见图7。最表面是某种离散式结构,内部为多层涂层吸波材料叠加,将每层厚度控制在20
μm 左右,d 是这种吸波材料的总厚度。按照这种设计进行了初步试验
。
图7 薄型多层吸波材料结构示意图
Figure 7The structure sketch map of the thin multilayer RAM
以薄型吸波材料和表面离散式结构为出发点,采用一种由薄型涂层吸波材料与金属斑点组成的复合结构。这种结构体现了吸波材料尽可能地薄,并且依据宽频吸波结构的吸波原理,在吸波材料表面设计一种斑点分布的离散式结构,研究这种离散斑点分布对材料吸波性能的影响。
图8和图9就是依据这种结构设计的薄型吸波材料照片。图8是薄型涂层吸波材料与金属镀斑组成的复合材料照片,图
9为薄型涂层吸波材料与某种粉末组成的离散式圆形斑点的复
合材料照片。
矢量网络分析仪的初步测试表明,单层涂层吸波材料对雷达波无吸收效果,在涂层表面复合金属镀层后吸波能力提高,而且镀层在涂层表面成斑点分布时的吸波效果比涂层表面完全覆盖镀层后的吸波效果好,表明这种离散式斑点分布结构对提高吸波能力有一定作用,可以通过斑点分布的设计和进一步试验提高这种离散式结构的吸波效果。这种镀层金属的厚度只有几个微米,对吸波材料厚度增加的影响不大。
另外,我们认为在涂层表面复合粉末组成的离散式圆形斑点有可能提高吸波效果,提高程度可能与圆斑的直径和间距大小有关。由于离散式的圆斑分布在表面形成了阻抗匹配层以及粉末的疏松结构对电磁波起到了一定的“诱入”作用而提高吸波效果。这些都有待于进一步试验研究。
初步试验发现,在测量图8和图9所示的吸波材料吸波效果时,下方放置一块相同大小的基体材料(聚乙烯薄膜),对吸波材料的吸波性能有所提高;还发现若在上述多层薄膜中穿插某些无吸波能力的薄膜(如聚乙烯薄膜等),形成“空隙”结构,也可以改进多层薄膜材料的吸波能力。
目前试验的这种复合吸波材料厚度太薄(10～20
μm ),虽可在一定程度上提高吸波效果,但还需要加强这种结构的优化试验验证,来进一步提高这种结构的吸波性能。
总之,我们认为将薄型多层吸波材料和离散式表面结构相结合,以及在多层吸波材料中穿插“空隙”的设计结构,可以改进吸波材料的吸波性能;并且通过各层薄型涂层(20
μm 左右)
的叠加,也可以实现这种薄型多层吸波材料吸波性能的提高;通过改进多层之间的匹配设计和离散式斑点的分布结构,最终希望得到一种能够满足实际工程应用的薄型多层吸波材料与结构。
4 结 语
将多层涂层吸波材料中多层涂层匹配设计和宽频结构设计相结合,多层涂层匹配设计依据阻抗匹配原理通过调整各层中吸波剂的种类及含量改变各层的电参数,宽频结构设计采用离散式表面结构或在各层中加入“空隙”结构,将各涂层厚度控制在一个较薄的范围内(20
μm 左右),制备一种涂层型的薄型多层吸波材料,为多层吸波材料与结构设计找到了一条新思路,可望改进现有吸波材料的吸波效果并减小涂层厚度。
初步试验结果表明,这种涂层型的薄型多层吸波材料吸波能力较单一涂层有一定改进。通过调整各层的电磁参数、各层之间的相互次序等,使吸波材料的吸波效果达到较好的工程应用需求,以及进一步拓展这种薄型多层吸波材料的工程应用范围,是多层吸波材料的发展方向。
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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
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/938426497.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
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
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
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··
吸波材料现状和应用——本人自己整理超经典
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
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
雷达隐身材料的发展
雷达隐身材料的发展 165811008 王悦 1.1 隐身技术的概念 随着现代各种光电磁探测技术的迅猛发展，传统的作战武器所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，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为海、陆、空立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，在现代化信息战中的重要性也与日俱增，成为提高武器装备生存能力、突防能力和作战效能的关键技术，日益引起世界各国的普遍重视。在美国，隐身技术被列为国防三大高技术之一。所以，第二次世界大战结束以后，隐身技术作为重大军事技术得到了广泛的重视和研究。战后的美、苏、英、法等世界军事强国都投入了巨额的经费进行研究，并且取得了相当大的进展。可以说，隐身以及反隐身技术的发展程度如何，已成为未来打赢高科技条件下的局部战争的至关重要的因素之一。 隐身技术又称目标特征控制或低可探测技术，它主要是通过改变或抑制目标的信号特征，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。隐身技术的定义可分为广义定义和狭义定义。 广义定义：通过改变目标的外部结构（结构隐身）或在表面进行涂装处理（涂层隐身），或在其外部加覆盖物，或示假目标，达到降低目标可探测性的技术，均可称为隐身技术。 狭义定义：通过改变目标外部结构或在其表面进行涂层处理，改变目标的辐射特征及对电磁波的反射性能，降低目标与环境的辐射反差或光谱反射差异，从而令目标的可探测性大为降低，在一定的范围内可达到“隐身”的效果。 简而言之，依据内在伪装的概念，显著减小目标自身的各种暴露特征，令对方侦测系统难以发现或者令其探测效果降低的综合技术，即可称为隐身技术。 1.2隐身技术的起源 隐身技术的起源最早来自于动物的启示。动物的隐身或伪装很早就引起了人们的注意。如斑马身上的深色的条文与浅色的皮毛明显对立，近距离观察易产生错觉。变色龙生活在非洲的一些地方及马达加斯加岛，其身体的颜色可随环境而
雷达波吸收护面
“雷达波吸收护面”中的光电效应阈值可变原理。 实验表明，金属具有极强的反射雷达波的本领，当雷达波照射到金属表面时，绝大部分会不变地反射回去，小部分进入金属内部转化为焦耳热损耗，金属对雷达波的反射系数在大部分角度都接近于1。但当同为电磁波的紫外辐射这种高频电磁波照射金属时，金属的反射系数将急剧减小，同时表面还会有电子逸出，这种现象称为光电效应。 光电效应表明金属并非绝对的在任何情况下都强烈地反射电磁波，如果电磁波能够使金属产生光电效应，使其原子被激发或电离，则大部分电磁波能量是可以进入金属内部，转化为光电子的动能及焦耳热损耗的。在这种情况下，入射的电磁波将隐入金属原有的热辐射之中，波长不变部分的反射系数会急剧减小。 金属原子的基态是处于较深的负能级状态，雷达波显然不能将其直接激发或电离。但如果我们利用电源向被雷达波照射的金属表面提供大量的负电荷，由于集肤效应，这些负电荷将集中分布在金属材料的表面上，受到空气等因素的电阻绝缘作用，如同势垒阻挡住了多余负电荷飞离金属材料表面。把受雷达波照射的金属视为一个整体系统，则其表面所携带的大量负电荷的能级与金属原子能级相比，其势能函数一个是势垒一个是势阱，并无本质上的差异。有关资料指出：早在电子发现以前，人们就已经发现带电锌质小球在紫外光照射下容易失去负电荷的现象，不难理解，如果带电锌质小球所带负电荷的电量很大、也即其正能级很高的话，那么在可见光、微波甚至长波照射时都会加快其失去负电荷的速度。带电金属材料的“光电阈值”是可以随表面电场强度状态而改变的相对量值，不是绝对的不变量值，本发明的雷达波吸守护面的基本原理，就在其中。 当雷达波照射到带有大量多余负电荷的导体表面时，其所带的负电荷将克服空气等因素的势垒限制作用，从“基态”跃迁到“激发态”或自由态，即飞离导体表面。这一过程是通过吸收雷达波的能量并将其转化为电子的动能来实现的。 令金属表面带有大量的负电荷，还可以改变金属表面上原子的能级。大家知道，导体内部原子的能级可以不受周围静电场的或恒稳电场的影响，但对于导体最外表面上能受雷达波照射作用的原子，其能级会受到表面上多余负电荷电场的电离作用而改变，被维持在某一激发态或称亚稳态上。雷达波的能量虽然很弱，甚至不能使处于基态附近原子的能级由一个定态跃迁到另一个定态。但如果原子在表面上大量负电荷电场的电离作用下被维持在高能级的激发状态上，则其能发生光电效应的所谓光电阈值就会大大降低，成为受导体表面电荷面密度影响的可调控的物理量。通过改变导体表面电荷面密度将其光电阈值调控在雷达波的频率下，受雷达波照射时导体表面的原子就会立即发生原子性质的光电效应，伴随着雷达波能量朝原子钟电子的转移，使导体表面对雷达波的反射系数急剧减小。 金属表面的原子在失去电子后会再捕获电子，恢复到亚稳态或基态，并放出相应能量的光子。大量原子受雷达波照射时跃迁到更高能级的激发态或电离态后再捕获电子并向外发射光子时，不一定正好回到原亚稳态，而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁，向外发出的光子能量将是包括了雷达波、原子的热辐射和周围的负电荷等所有作用于原子的能量，故该光子的波长与雷达波的波长会相差很多，而与导体表面的热辐射波长基本相同，从而使雷达波被隐入到导体表面的热辐射中去了，不可能被雷达波的接收系统识别接受到。 必须强调，只有在金属表面大量原子都处于可被雷达波激发或电离的亚稳态时，才能有效的将雷达波隐入原子热辐射的谱线中去，此时仅仅是表面原子热辐射的波长会比没有雷达波照射时短一些。而在通常情况下，由于原子向外热辐射时各定态之间的“台阶”太高，雷达波甚至不能将处于热辐射激发态的原子至少推高一个能级，故雷达波才被不变地反射回去，不能隐入原子的热辐射光谱中。 以上即为笔者发明的“雷达波吸收护面”的光电效应阈值可变原理。笔者认为，上述光电效应阈值可变原理同样可以用来说明极光为什么会五颜六色、千姿百态，并能够飘忽不定的波动。 众所周知，极光是太阳风（高速带电粒子流）、地球高空大气层和地球磁场相互作用的结果。由于地球磁场将进入地球高空大气层的高速带电粒子流汇聚成束，聚焦到地球的南、北磁极附近，使得南、北磁极上空的气体中带有大量的带电粒子。南、北磁极上空气体的基态本来是处于较深的负能级状态，
电磁波吸收材料的研究现状
电磁波吸收材料 电子设备在电磁环境中的安全性研究最早源于军用设备的电磁信息防泄露研究，称为TEMPEST技术（电磁信息泄露防护技术），已经有40多年的历史了。电子设备中信息通过传导和辐射的形式向外部泄露，对于信息安全来说电磁辐射比传导更容易被侦获，也一直是TEMPEST技术研究的重点，美国在原理和技术研究上一直处于领先地位。 电子设备的电磁环境安全性在民用电子信息产品领域也同样在进行研究。与TEMPEST技术不同的是民用电子信息产品主要所考虑的不只是自身的信息泄露 问题，而是外部的电磁场是否会影响自身设备的正常工作和自身散发的电磁场是否会影响其它电子信息产品的正常工作，称为EMC(Electromagnetic Compatibi lity)技术。EMC的确切含义是：当某设备与其它设备处于共同的电磁环境下时,该设备不会由于同一环境下其它设备的电磁发射而遭受不允许的降级，同时它在正 常工作状态下的电磁辐射也不会使同一环境下的其它设备遭受不允许的降级[1]。为了使处于同一电磁环境下的不同电子电气设备达到“电磁兼容”，必须对不同类型的设备规定相应的EMC标准，由此产生了大量的国际、区域（如欧洲）、国家和行业标准。有些是推荐标准，有些是强制性标准。截止1999年8月，我国共发布了76个EMC国家标准[2]。 1 电磁波吸收材料的研究现状 1．1 电磁波吸收材料 电磁波吸收材料的研究涉及材料科学、电磁场理论、电磁波吸收材料和吸收体理论、计算数学等，随着材料设计理论和方法的逐渐受到重视，电磁波吸收材料的研究逐渐成为EMC和材料科学中的一个重要分支。从理论上 来讲EMC技术对电磁波吸收材料的基本要求有两点： （1）无反射（既完全吸收）； （2）吸收频带尽可能的宽。 寻找无反射吸收材料的新设计方法一直是人们寻求的目的，但吸收材料也同屏蔽材料一样存在着对电磁波的反射问题。虽然到目前为止人们已经研究了不少的电磁波吸收材料，但是还无法做到无反射吸收。但在实际应用中，电子与电气设备要求的电磁波吸收材料大都是低反射率的的电磁波吸收材料。 目前国外正在研制和已经实用化的吸波材料和吸波体主要有以下几种：[3-13] (1) 铁氧体系列吸波材料（镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、钡铁氧体等）：由于铁磁材料的共振吸收和磁导率的频散效应，铁氧体材料具有吸收强、频带宽的优点，被广泛地应用于各种隐身技术领域。日本NEC公司研究的铁氧体吸波材料厚度为3.8mm和0.9mm的两层构成，单位面积质量8kg/m2，衰减-20dB的带宽为8.
纳米吸波材料讲解学习
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，