磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料研究进展

近年来,随着军事隐身技术及电磁污染防治的需要,吸波材料的研究引起了越来越多的关注。传统的吸波材料,如铁氧体、金属微粉、碳材料及导电聚合物等,难以满足“薄、宽、轻、强”的综合要求,磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料可同时具备核层和壳层材料的性能,能表现出优异于单组分材料的良好吸波能力,近年来成为研究的热点。首先阐述了核壳结构磁性复合吸收剂的结构形式,重点综述了近年来有关磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料的研究成果,并进行了归纳、评述,将磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料分为两大类—磁-磁复合核壳型吸收剂及电-磁复合核壳型吸收剂。在此基础上,结合课题组近年来研究成果,论述了羰基铁包覆式核壳型吸收剂。最后指出了磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料未来研究亟待解决的问题和发展方向。     

基于双磁介质层复合的超材料低频吸波体研究

本研究将磁性吸波涂层融入至超材料的结构设计中,得到了一种新型低频复合超材料吸波体,吸波体由环形电阻膜、双层磁性吸波涂层和金属背板组成。采用CST仿真软件计算了超材料吸波体的吸收性能,研究了吸波体各个结构参数对吸收性能的影响。仿真结果表明,设计的超材料吸波体厚度为2.5 mm时,在1.9和4 GHz处存在2个吸收峰,在1.59～6.59GHz频率范围内反射损耗低于-8dB,吸收带宽达到5GHz。通过吸波体电磁场分布对吸波机理进行了讨论。结果表明,吸波体低频吸收带宽的增加是由于表面的电阻膜图案改变了超材料吸波体的电场分布和磁场分布,促进了磁介质层的损耗。最后制备了吸波体样品并进行了反射率测试,实物测试结果与仿真结果基本一致,说明设计制备的吸波体具有优异的低频吸波性能,吸波带宽相比磁性吸波涂层大幅提高。     

隐身吸波材料的研究进展

介绍了传统吸波材料和新型吸波材料的研究进展。铁氧体、金属微粉、钛酸钡、碳化硅、石墨、导电纤维等均为传统吸波材料,它们通常都存在吸收频带窄、密度大等缺点。新型吸波材料包括纳米材料、金属纤维材料、手征材料、导电高聚物及电路模拟吸波材料等,它们具有不同于传统吸波材料新型的吸波机制。传统吸波材料以强吸收为主要目标,新型吸波材料则要满足薄、宽、轻、强的要求。作者在已制备出丝径2μm具有高磁导率金属纤维的基础上,提出要开展具有纳米异质结构包覆的亚微米金属磁性纤维制备技术及材料的雷达波吸收性能研究。     

铁镍磁性合金粉的电磁与吸波性能研究

针对传统吸波材料在雷达波S波段的吸波性能较差,以多种铁镍磁性合金粉为吸波剂,硅橡胶为基体,制备不同组分的吸波材料.采用HP8722ET矢量网络分析仪对吸波材料的电磁与吸波性能进行了研究.结果表明:吸波材料的最小反射率为-19.5 dB,其对应的峰值频率为2.5 GHz,有效带宽(小于-8 dB)为1.9 GHz;吸波材料在S波段表现出优异的吸波性,具有良好的应用前景.     

Co含量对MOFs衍生的片状Co/C复合材料吸波性能的影响

金属有机骨架(MOFs)衍生的磁性金属/碳复合材料在轻质吸波材料领域展现出巨大的潜力。以二维片状结构Co/Zn双金属MOFs为前驱体通过高温热解合成片状Co/C复合材料,系统研究了前驱体中Co/Zn摩尔比对复合材料形貌结构、石墨化程度、磁性能和吸波性能的影响。结果表明：金属Co纳米微粒在碳骨架中均匀分布,随着Co含量的减少,复合材料中碳组分的石墨化程度逐渐降低,铁磁特性逐渐减弱;片状Co/C复合材料的吸波性能随着Co含量的降低先增强后减弱,填充比例为30 wt%、Co/Zn摩尔比为4:1时片状Co/C复合材料具有最佳吸波性能,厚度为2.11 mm时在10.8 GHz处最小反射率为-23.09 dB,最大有效带宽(反射率小于-10 dB)在厚度为1.62 mm时达到4.96 GHz。复合材料良好的吸波性能是由于均匀分布的磁性Co纳米粒子和碳骨架的协同作用,在增强电磁波导电损耗和界面极化损耗的同时,改善了阻抗匹配性能。     

雷达吸波涂层材料的研究进展

讨论了电磁波的吸波机理,及其性能测量和计算方法,叙述了电阻型损耗、介电损耗、磁损耗型三种损耗机制的涂层材料及其电磁波吸收损耗机理,对不同种类的吸波材料在雷达波隐身方面的应用进行了全面的综述,介绍了这一研究方向的最新进展,并分析了每种材料的主要特点。重点讨论了铁氧体、碳纳米管、导电高聚物等吸波材料的微观结构、化学性质、电磁特性对吸波性能的影响。对于磁损耗材料来说,良好的磁性能是其不可忽视的优点,但其密度高,稳定性较差,影响了其性能发挥。针对其存在的缺点,通过掺杂改性、共混等方式可提升涂层材料的吸波性能。在碳系材料中,多壁碳纳米管的吸波性能较好,将磁损耗吸波材料与碳纳米管进行复合、包覆是目前吸波性能提高的主要手段。导电聚合物等新型吸波材料具有质量轻、导电性好的特点,单独使用时,阻抗匹配性差,通过对其掺杂改性或与磁损耗型材料复合,可增强其阻抗匹配性,提升吸波性能。最后,指出了雷达吸波材料未来的研究发展方向。     

薄型多层雷达吸波材料结构设计与发展

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(20μm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.     

泡沫铝基多孔金属复合材料吸波性能

采用雷达截面法研究表面涂覆吸波涂料的泡沫铝复合材料的吸波性能,讨论电磁波频率和吸波涂料种类对材料吸波性能的影响。结果表明,材料的吸波性能随频率的增加而增加;表面涂覆磁介质型吸波涂料的泡沫铝复合材料的吸波性能较佳,在12.0-18.0 GHz频段内样品CFe的吸波性能最好,而在26.5-40.0 GHz频段内样品CNi′的吸波性能最好。     

FeBP@SiO2核壳结构纳米复合材料的可控制备及其吸波性能

由磁性粒子和介电材料组成的核壳结构复合纳米材料具有优良的吸波性能,已经成为吸波领域的研究热点。复合材料中不同类型吸波体的吸波机理不同,因此它们的占比对综合吸波性能有重要影响。本文提出一种简便易行的方法制备核壳型FeBP@SiO₂纳米粒子,该方法利用化学还原和溶胶凝胶相结合,实现复合粒子的核壳结构可控。通过改变SiO₂壳厚度,研究了壳层厚度对吸波性能的影响,并对微波吸收机理进行了分析和解释。随着SiO₂壳层厚度的增加,粒子微波吸收能力先增大后减小。当SiO₂壳层厚度为38 nm时,FeBP@SiO₂样品具有最强的微波吸收性能,在厚度2.19 mm下反射损耗获得较好的吸收性能(-52.66 dB),这种增强的微波吸收性能主要来自新增磁-介电界面,从而提高了材料的阻抗匹配以及介电损耗的能力,通过设计复合粒子的核壳结构,可以实现复合吸波剂的性能调控,因此本研究为设计下一代新型复合微波吸收材料提供了重要参考。     

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根据未来人类生存的复杂环境和隐身技术"薄、轻、宽、强、热"的发展需求,未来的吸波材料应具有更强的吸收率,兼顾更宽的电磁波频带,且质量要求越来越轻。近年来,核壳型吸波材料因具有优良的吸波性能,成为吸波材料研究的重点方向之一。核壳型吸波材料是以一个球形颗粒为核,在外表面包覆一层或多层异质材料而形成的复合多相结构,其具有特殊的电磁结构,且能够兼具内核材料及外层异质材料的物化特性,不仅能够使多种材料电磁性能匹配互补,还能够改善提升材料的耐高温、耐腐蚀及抗氧化的综合特性,从而获得良好的吸波特性及环境适应性。     

新型碳系吸波涂层材料研究进展

作为解决电磁污染问题与实现装备战场隐身的有效手段,吸波涂层材料具有广泛的应用前景。碳系材料因其广泛的来源、简单的制备工艺、低密度、高导电率等优点,在吸波涂层材料领域受到国内外研究人员的高度重视。对吸波涂层材料的损耗机制进行了叙述,介绍了电阻型损耗、电介质型损耗以及磁损耗三种损耗机制中电磁波的损耗和吸收原理。综述了碳纤维、碳纳米管、石墨烯等新型碳系材料的特性及其在吸波涂层材料领域的研究现状。对碳纤维进行活化处理或使用多孔碳纤维、螺旋碳纤维等代替普通碳纤维能够有效提高其吸波性能。碳纳米管具有多种结构,其中阵列状多壁碳纳米管吸波性能最佳,采用一些具备磁损耗的材料与碳纳米管进行共混、包覆或填充处理是目前的主要研究方向。石墨烯几乎没有磁损耗,单独使用时,阻抗匹配较差,影响其吸波性能的发挥,通常将石墨烯与磁损耗型材料复合,改善材料的阻抗匹配,提高吸波效果。最后,根据碳系吸波涂层材料的研究现状,对其未来的发展方向进行了展望。     

Fe-Si-Al系合金粉微波吸收特性

采用扁平化工艺以及绝缘包覆工艺对铁硅铝系软磁合金粉末进行改性。对实验样品进行扫描电镜分析,观察颗粒形貌对材料性能的影响;探讨球磨时间以及不同绝缘介质含量对于材料电磁性能的影响规律。根据单层吸波材料(含导电衬底)对电磁波的反射率公式的分析以及对不同样品反射率的计算可知,球磨扁平化工艺以及绝缘包覆工艺可有效地改善铁硅铝金属粉末的微波吸收性能。经改性后的铁硅铝系软磁金属粉末在1.0~3.5 GHz频段具有较好的吸波性能,可应用于抗电磁干扰领域。     

钴-铁沉积碳化硅颗粒及其吸波性能

目的提高碳化硅微粒的微波吸收性能。方法利用改进的化学镀法,以硫酸钴和硫酸亚铁为主盐,次亚磷酸钠为还原剂,施镀温度为50℃,使用机械搅拌和超声分散相结合的方法,在预处理后的微米碳化硅颗粒表面沉积钴铁合金。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)分别对化学镀前后材料的结晶状态、组成成分和形貌特征进行了表征;利用矢量网络分析仪对化学镀前后材料在2~18 GHz频率范围内的电磁性能进行了测试,并通过计算得到了材料微波反射率损耗。结果钴铁合金呈微球状均匀沉积在碳化硅表面,有效地改善了碳化硅材料的电磁性能和微波吸收性能。碳化硅的介电常数虚部存在界面极化和缺陷极化两个弛豫峰(9.1、13.8 GHz),而沉积钴铁合金后,碳化硅材料Co-Fe/SiC增加了两个弛豫峰:介电弛豫峰(11.7 GHz)和磁弛豫峰(12.6 GHz)。正是由于Co-Fe合金对微波信号的介电弛豫和磁弛豫,有效提升了材料的吸波性能。当吸波层厚度为2.4 mm时,反射率在10 dB以上的吸收带宽达到3.8 GHz,20 dB带宽可以达到1.5 GHz。当吸波层厚度为2.3 mm时,频率为12.7 GHz时达到最大吸收峰值–43 dB。结论在碳化硅材料表面沉积钴铁合金是一种有效改进材料微波吸收性能的方法,且该材料是一种高效、宽频的微波吸收材料。     

填料形状对Fe@Ag核壳复合粒子的电磁特性的影响

运用液相化学还原Ag技术,制备了球形和片形2种Fe@Ag核壳复合粒子.表征了这2种屏蔽填料的物相、表面形貌和化学组成,研究了其静磁性能,分析了填料的形状对复合材料的复磁导率、电导率和屏蔽效能等电磁特性的影响.结果表明:2种复合粒子均为核壳结构完整的Fe@Ag核壳复合粒子,其Ag壳层均匀且致密;球形和片形Fe@Ag核壳复合粒子均具有良好的软磁性能;与形状各向同性的屏蔽填料相比,以片形Fe@Ag核壳复合粒子为填料的电磁屏蔽复合材料的复磁导率更高,体积电阻率更低,该复合材料在电磁波频率范围为30—1500 MHz内的屏蔽效能(SE)为-51—-55 dB,优于以球形Fe@Ag核壳复合粒子为填料的电磁屏蔽复合材料.并且从理论上分析了片形Fe@Ag核壳复合粒子的电磁屏蔽复合材料对电磁波的吸收损耗更强和屏蔽效能更高的物理本质.     

多层PMI泡沫微波吸收材料的设计及性能检测

以金属靶材为原材料，PMI泡沫为基体，采用磁控溅射法制备PMI泡沫镀膜材料。开展多层PMI泡沫镀膜材料的电性能优化设计，并采用压力成型机辅助制备多层PMI泡沫微波吸收材料。结果表明:在PMI泡沫镀膜材料的制备过程中，反射率由大到小的靶材依次为Al、Ti、Ni、Co；采用Ti靶材进行磁控溅射镀膜制备的PMI泡沫镀膜材料，随着镀膜时间的增加，反射率先变小再变大；采用Ni、Co靶材进行磁控溅射镀膜制备的PMI泡沫镀膜材料随着镀膜时间的增加，反射率逐渐变大；将采用Co靶材制备的不同镀膜时间PMI泡沫镀膜材料进行优化组合搭配，得到6种优化匹配方案，最终优化出一种多层PMI泡沫镀膜材料微波吸收性能最佳；利用模压方法制备了多层PMI泡沫微波吸收材料，该多层PMI泡沫微波吸收材料的实际反射率曲线有一定程度的整体前移，但整体趋势与搭配反射率曲线趋势相同。     

PVP对石墨烯/Fe3O4复合吸波材料形貌及吸波性能的影响

目的研究分散剂PVP对Fe_3O_4在石墨烯表面分散性的影响,以获得吸波性能良好的吸波材料。方法采用溶剂热法制备石墨烯/Fe_3O_4复合吸波材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、X射线光电子能谱、矢量网络分析仪等对石墨烯/Fe_3O_4复合吸波材料进行表征,并研究了PVP添加与否在石墨烯/Fe_3O_4复合吸波材料形貌及吸波性能的影响。结果添加PVP后的石墨烯/Fe_3O_4复合吸波材料与未添加PVP的相比,Fe_3O_4在石墨烯表面的团聚现象明显减少,尺寸显著减小。通过计算机模拟反射率,未添加PVP的石墨烯/Fe_3O_4复合吸波材料在匹配厚度d=2.00 mm时,在16.25 GHz处达到最大反射损耗-18.79 dB,复合材料反射损耗小于-10 dB的频带宽度可达4.1 GHz。添加PVP的复合材料在匹配厚度d=2.00 mm时,在16.25 GHz处达到最大反射损耗-25.88 dB,复合材料反射损耗小于-10 dB的频带宽度可达4.5 GHz,相比未添加PVP的复合吸波材料,反射损耗小于-10 dB的频带宽度增加0.4 GHz,最大反射损耗提高7.09 dB。结论 PVP能提高Fe_3O_4在石墨烯表面的分散性,并在石墨烯表面形成良好的导电网络,使复合材料的吸波性能明显提升。     

新型隐身材料吸收剂的研究进展

综述了国内外目前用于隐身技术的几种隐身材料,介绍了几种新型隐身材料的吸收剂.对纳米隐身材料进行了较为详细的描述,简述了其吸收机理.比较了各种吸收剂的特点,提出了雷达波吸收剂的发展趋势.     

Synthesis and surface modification of cobalt nanoparticles and electromagnetic property of Co/PPy nanocomposites

In this work, cobalt nanoparticles were synthesized by chemical reduction procedure. After the hydrophilic functionalization, Co/polypyrrole(PPy)nanocomposites were prepared by in situ polymerization of pyrrole in aqueous dispersion of Co nanoparticles. The Co/PPy nanocomposites show good electromagnetic properties with both magnetic loss and dielectric loss to electromagnetic wave. The electromagnetic wave absorbing bandwidth(reflection loss \-10 d B) for Co/PPy(20 wt%) is above 5.5 GHz at a thickness of 2 mm, and with a maximum reflection loss(around-20.02 d B) at 14.77 GHz. This magnetic nanoparticles/conducting polymer nanocomposites are great potential candidates for electromagnetic wave absorbent, because of their wide-absorbing frequency,strong absorption, good compatibility, low density, and controllable absorbing properties.