吸波材料研究進(jìn)展

《吸波材料研究進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、吸波材料研究進(jìn)展黃濤黃英賀金瑞(西北工業(yè)大學(xué)西安710072)摘要：本文對(duì)新型隱身材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)介紹了納米技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)對(duì)等離子技術(shù)、仿生學(xué)技術(shù)等最前沿的技術(shù)在隱身材料領(lǐng)域的應(yīng)用及隱身材料的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：隱身技術(shù)吸波材料納米材料手征材料計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)隱身技術(shù)始于第二次世界大戰(zhàn)。作為提高武器系統(tǒng)生存能力和突防能力的有效手段，已被當(dāng)今世界各國視為重點(diǎn)開發(fā)的軍事高新技術(shù)，尤其是隨著雷達(dá)探測技術(shù)的發(fā)展，原有的隱身技術(shù)面臨著很大的挑戰(zhàn)，迫切需要厚度薄、質(zhì)量輕、頻帶寬、多功能的新型隱身材料。美國國防部更

2、是把這一要求列為重點(diǎn)發(fā)展計(jì)劃。近年來，隨著多學(xué)科的交叉研究，吸波材料在材料的選擇上有了更大的空間，特別是與具有不同特性材料的復(fù)合，使吸波材料的性能有了更大進(jìn)展。近年來材料技術(shù)的重點(diǎn)熱門一納米技術(shù)在吸波材料制備過程中的成功應(yīng)用，使吸波材料的性質(zhì)在本質(zhì)上也呈現(xiàn)出驚人的飛躍。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的蓬勃發(fā)展和最優(yōu)化理論的運(yùn)用對(duì)于確定出介質(zhì)參量εr*(復(fù)介電系數(shù))和μr*(相對(duì)復(fù)導(dǎo)磁率)隨頻率變化時(shí)介質(zhì)對(duì)微波吸波性能的影響，幫助掌握各種配方與介質(zhì)參量的關(guān)系，深入討論影響介質(zhì)的各種機(jī)制，從而做到按需要調(diào)整材料的參量都有很大地幫助，更可以起到指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

3、方向，加快研發(fā)過程的作用。本文將對(duì)這些新的熱點(diǎn)做一個(gè)介紹，分析了其中仍然存在的問題并預(yù)測將來的進(jìn)展。[1～3]1納米技術(shù)在吸波材料中的應(yīng)用納米吸波材料具有極好的吸波特性，同時(shí)具備吸波頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量輕和厚度薄等特點(diǎn)。納米粒子對(duì)紅外和電磁波有強(qiáng)烈的吸收能力主要原因有兩點(diǎn)，一方面由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米粒子材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少了波的反射率，使得紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的目的。另外一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大了3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)電磁

4、波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外本文受國家航天創(chuàng)新基金資助探測器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，起到隱身作用。金屬、金屬氧化物和某些非金屬材料的納米級(jí)超細(xì)粉在細(xì)化過程中，處于表面的原子數(shù)越來越多，增加了納米粒子的活性。在微波場的輻射下，原子和電子運(yùn)動(dòng)加劇，促使磁化，使電子能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增加了對(duì)電磁波的吸收。美國研制出的“超黑粉”納米吸波材料，對(duì)雷達(dá)波的吸收率大于99%。目前，隱身材料雖在很多方面都有廣闊的應(yīng)用前景，但當(dāng)前真正發(fā)揮作用的隱身材料大多使用在與航空航天或軍事有密切關(guān)系的部件上。對(duì)于上

5、天的材料有個(gè)重要的要求是重量輕，在這方面納米材料是有優(yōu)勢的，特別是由輕元素組成的納米材料在航空隱身材料中應(yīng)用十分廣泛。納米技術(shù)在吸波材料的以下幾個(gè)方面有突出作用：[4](1)改性原有基體材料與損耗介質(zhì)材料的性質(zhì)雷達(dá)吸波材料一般由基體材料與損耗介質(zhì)復(fù)合而成，其中損耗介質(zhì)的性能、數(shù)量及匹配選擇是影響吸波性能的重要因素。它直接制約著材料的研制進(jìn)度與工程應(yīng)用效果，已研制并成功應(yīng)用于吸波材料中的損耗介質(zhì)已達(dá)幾十種之多，而且各國都在積極致力于新型損耗介質(zhì)的開發(fā)與研制。根據(jù)吸波機(jī)理的不同，吸波材料中的損耗介質(zhì)可以分為電損耗型和磁損耗型兩大類。其中

6、電損耗型介質(zhì)有導(dǎo)電性石墨、碳化硅粉末或碳化硅纖維、特種碳纖維、碳粒、金屬短纖維、鈦酸鋇陶瓷體和各種導(dǎo)電性高聚物等。其主要特點(diǎn)是具有較高的電損耗正切角，依靠介質(zhì)的電子極化或界面極化衰減。吸收電磁波。磁損耗型介質(zhì)包括各種鐵氧體粉、羰基鐵粉、超細(xì)金屬粉和納米相材料等，具有較高的磁損耗正切角，依靠磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁極化衰減吸收波。當(dāng)這些粒子的尺寸進(jìn)人納米級(jí)別后，相應(yīng)的多疇變成單疇，使得這些粒子的物性呈現(xiàn)了獨(dú)特的吸波性能。研究表明，10～25nm的鐵磁金屬微粒矯頑力比相同的宏觀材料大1000倍。對(duì)于陶瓷材料而言，當(dāng)它到達(dá)納米尺寸

7、時(shí)，表現(xiàn)出了高韌性，高熱強(qiáng)，高塑性等平時(shí)欠缺的特性。所以納米技術(shù)的應(yīng)用使這些吸收劑的吸波性能有很大提高。[5](2)納米復(fù)合物各種材料具有不同的吸波特性，適應(yīng)不同的波段，而目前吸波材料的一個(gè)主要研究方向就是多頻率。所以如果能復(fù)合這些材料，會(huì)使吸波材料的應(yīng)用范圍大大加寬。這些材料并不是無機(jī)相與有機(jī)相的的簡單加合，兩相界面間只存在較強(qiáng)或較弱的化學(xué)鍵。它們的復(fù)合將實(shí)現(xiàn)集無機(jī)、有機(jī)、納米粒子的諸多特異性質(zhì)于一身的新材料。特別是無機(jī)和有機(jī)的界面特性使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。有機(jī)材料優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)、高彈性和韌性，以及易加工性，可改善無機(jī)材料的脆

8、性；更主要的是，有機(jī)物的存在可以提供一個(gè)優(yōu)異的載體環(huán)境，提高納米極無機(jī)相的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)其獨(dú)特的微觀控制，在光電磁催化等方面的特性能得到更好的發(fā)揮，甚至可能產(chǎn)生奇異特性的新型材料。然而單純的無機(jī)納米粒子是不易分散于有機(jī)物中的，有機(jī)物