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吸波材料概述
吸波原理
介电损耗
电导损耗
材料在交变电场的作用下形成传导电流,耗能。
极化损耗
极化弛豫,反复极化产生的“摩擦“,耗能
电子、离子位移极化
空间电荷极化
缺陷偶极子极化
极性介质电偶极矩的转向极化
固有偶极子的转向极化
磁损耗
磁性材料在磁化和反磁化过程中,外界做的功转化为热能的现象
磁滞损耗
磁性材料在磁化过程中产生了不可逆的畴壁位移与磁畴转动能,电磁能转化为热能
畴壁位移(domain wall displacement),在外磁场作用下,内部磁矩取向和磁场方向比较接近的磁畴的体积将增大,而磁矩取向和磁场方向夹角较大的磁畴体积将缩小。这一磁化过程相当于畴壁从未加磁场前的位置移到了一个新的位置,从而使材料的磁化强度有一定的增大量。这一过程称为畴壁位移。
涡流损耗
电介质材料在交变磁场下因电磁感应产生自行闭合的涡电流,电磁能损耗。
多重共振
畴壁共振、自然共振、转化共振。
相消干涉原理
四分之一波长理论
吸波性能评价
阻抗匹配特性
良好的阻抗匹配会促使更多的电磁波渗入到材料内部,有助于提高材料的吸波强度、拓宽材料的吸收频带。
反射系数R=(Zin-Z0)/(Zin+Z0),R=0表示阻抗完全匹配,电磁波全部进入介质材料内部。
阻抗匹配度Γ=|Zin/Z0|,Γ=1。
衰减特性
衰减特性由电磁参数决定,通过衰减系数α来评价,α值越大,电磁材料的衰减能力越强。
反射损耗曲线
综合了阻抗匹配与衰竭特性,用来评价材料的吸波性能。反射损耗值RL,数值为负,单位为分贝(dB)。受涂层厚度、频率影响。越小越好。

损耗因子
即损耗正切值,tanδe值越大表示材料的介电损耗越大,并随着ε''值的增大而变大;tanδm值越大表示材料的磁损耗越大,随着μ''值的增大而变大
其他
计算反射损失曲线的有效峰面积(∆S)与对应涂层厚度(d)的吸收效率比值(RE),RE数值越大表明材料的综合吸波性能越出色。 
吸波材料的分类
导电型吸波材料
材料具有一定的导电性,在电磁波与材料的相互作用下,在内部形成宏观电流,产生一定的热效应。(材料导电性不宜过大,会形成趋肤电流。)
导电碳材料
碳纳米管、石墨烯、碳纤维、导电炭黑等。
导电聚合物
聚吡咯(ppy)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTh)等。
介电型吸波材料
材料的电阻高、电导率低,且材料内部的自由电子数量较少,在交变电场的作用下不能产生宏观电流,其介电损耗主要依赖于材料内的电偶极子与电磁波之间发生的多重极化与弛豫效应
硅基陶瓷类
碳化硅(SiC)、硅碳氮(SiCN)与硅硼碳氮(SiBCN)等
过渡金属氧化物
氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化锰(MnO2)、氧化钛(TiO2)等
过渡金属硫化物
硫化铜(CuS)、硫化锌(ZnS)、硫化钼(MoS2)等
磁性吸波材料
能够发生磁损耗的材料称之为磁性吸波材料
铁氧体、羰基铁粉、磁性金属细粉(Fe、Co、Ni及其合金)、多晶铁纤维等
手性吸波材料
具有手性特征的一类电磁波吸收材料。它可以在电磁场中发生交叉极化,产生额外的电耦合与磁耦合作用,有利于拓宽材料的吸波频带,提高材料的隐身效果。
本征型
本征型材料的手性表现在物质的几何形状上,如螺旋碳纳米管。
结构型
结构型材料的手性表现在物质结构上的各向异性,且各部分呈一定的角度关系,如云母板。
等离子体吸波材料
等离子体吸波材料指的是目标物表面涂覆有放射性同位素,利用其表面产生的等离子体效应使目标物躲过雷达的探测
折射型
折射型等离子体吸波材料是通过非均匀等离子体对入射电磁波产生折射,改变电磁波的传播方向,使雷达回波方向严重偏离雷达的接收方向,从而降低目标雷达的回波信号。
吸收型
当雷达频率大于等离子体频率时,等离子区域中的自由电子在入射雷达波的电场作用下产生频率与雷达载波频率相同的胁迫振荡,在振荡过程中,运动的电子和分子、原子、离子发生碰撞而使得电磁场的能量转换为媒介的热能。
吸波材料
电磁复合 吸波材料的研究现状
电磁复合吸波材料在提高吸波性能方面的两大优势:第一,电导损耗、介电损耗与磁损耗并存,增大材料的衰减系数;第二,磁性组分与介电、导电组分的有机结合,调控电磁参数,能够缩小相对复介电常数与相对复磁导率的数值差,提高材料与空气的阻抗匹配度。
核壳结构型电磁复合吸波材料
核壳结构材料的优点: 1.能够融合两种或两种以上组分的性质,赋予材料新的功能应用; 2.异质结构的形成可以改善材料的固有特性,产生一定的协同作用; 3.稳定性较高的外壳层对内部核组分具有保护作用; 4.通过外壳层的修饰可以调节核组分材料的亲疏水性、表面电荷以及改善其在基体中的分散性; 5.多孔壳层的包覆可以增强核组分材料的吸附与催化特性
以铁氧体为核
铁氧体作为吸波材料 优点:兼具介电损耗与磁损耗、制备工艺简单、经济成本低廉。 缺点:易于氧化、易被酸腐蚀、稳定性差。 采用介电材料包覆铁氧体材料被认为是较为理想的解决方法,不仅可以弥补铁氧体的不足,还可以增加额外的介电损耗,提高电磁波能量的衰减。
尖晶石型
MFe2O4, M通常指的是与二价铁离子半径相近或相等的二价金属离子
磁铅石型
六方晶系,分子表达式为MFe12O19
石榴石型
立方晶系,分子表达式为R3Fe5O12,R主要代表三价态的稀土金属离子
钙钛矿型
以Fe、Co、Ni单质或合金为核
优点
特殊的电子自旋结构,使其拥有多个磁畴区域,获得非常强的磁性能,饱和磁化强度大概是铁氧体的3-5倍
缺点
易氧化、稳定性差、在电磁波吸收过程中易产生趋肤电流,导致部分电磁波在材料表面反射。
纳米尺度的碳壳层(C)与二氧化硅壳层(SiO2)可以有效地解决铁磁性金属或合金的趋肤电流问题,同时,降低磁性材料的复磁导率,使复合材料获得更好的阻抗匹配度,促进吸波性能的提高
蛋壳结构型电磁复合吸波材料
蛋壳结构是一种特殊的核壳式结构,核与壳之间存在一定体积的空腔,空腔结构的引入为材料增加了多孔性、吸附性、轻质性、存储性等功能。
蛋壳结构的设计不仅可以调节材料的复介电常数,使材料满足一定的阻抗匹配要求,还能够利用空腔束缚电磁波的传播,在空腔内发生多次反射与多次吸收,促进吸波性能的进一步提升。
多级结构性电磁复合吸波材料
不同的结构元素按照一定的次序排列,形成高度有序的多级结构体系。多级结构材料具有不同的尺度,又被称作多维结构材料。纳米基元材料的组装导致不同形貌多级结构材料的形成,赋予了材料新的物理化学特性。
分类
多级结构的磁性吸波材料
多级结构的介电型吸波材料
多级结构会增加介电材料的极化弛豫损耗
多级结构的电磁复合吸波材料
多级结构的电磁复合吸波材料不仅具有良好的阻抗匹配,还能产生额外的多次散射与多次吸收,共同促进材料吸波性能的进一步提高
一维取向型电磁复合吸波材料
一维结构的纳米材料具有长程有序性、较高的长径比、形状各向异性以及纳米尺度的量子效应、表界面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应与介电限域效应等特征,使其表现出优于常规纳米材料的电磁特性。利用周期性边界条件来散射电子与声子,对入射电磁波产生一定的耗散效应;高的比表面积与高的缺陷密度能够产生较多的空间电荷极化与偶极极化,调节材料的复介电常数;一维结构的取向型加速电子的流通,提高材料的电导损耗,同时,为入射电磁波提供更长的传输通道,有助于增加材料的衰减系数。
纳米纤维
纳米管
纳米线
纳米棒
纳米链
界面极化效应
MXenes:二维过渡金属碳化物