纳米铁氧体吸波材料.讲述.ppt

纳米铁氧体吸波材料 纳米铁氧体吸波材料 纳米铁氧体吸波材料简介 吸波材料吸收或衰减入射的电磁波 并通过材料的介质损耗使电磁波能量转变成热能或其它形式的能量而耗散掉 吸波材料一般由基体材料 黏结剂 与吸收介质 吸收剂 复合而成 铁氧体是发展最早 应用最广的吸波材料 属于亚铁磁性材料 在高频下有较高的磁导率 且电阻率较大 电磁波容易进入并快速衰减 被广泛应用在雷达吸波材料领域 按照微观结构不同 可以分为立方晶系尖晶石型 稀土石榴石型和六角晶系磁铅石型3种主要系列 均可作为吸波材料 不足之处是密度大 温度适应性差 频带窄 纳米铁氧体吸波材料简介 尖晶石铁氧体 Fe3O4 石榴石铁氧体 Y3Fe5O12 磁铅石型铁氧体 BaFe12O19 纳米铁氧体吸波材料简介 纳米吸波材料 由颗粒组元和界面组元组成 独特的结构使其自身具有量子尺寸效应 宏观量子隧道效应和界面效应等性质 相对于常规材料 纳米材料的界面组元所占比例大 纳米颗粒表面原子比例高 不饱和键和悬挂键多 大量悬挂键的存在是界面极化 吸收频带展宽 纳米材料量子尺寸效应使电子能级分裂 分裂的能级间距正处于微波的能量范围 10 2 10 4 为纳米材料创造了新的吸收通道 纳米材料中的原子和电子在微波场的辐照下 运动加剧 增加电磁能转化为热能的效率 从而提高对电磁波的吸收性能 并兼有透波 衰减和偏振等多种功能 纳米材料具有优异的吸波性能 兼备了宽频带兼容性好 质量轻 厚度薄等特点 如 美国研制出 超黑粉 纳米吸波材料 对雷达波吸收率达99 纳米铁氧体吸波材料简介 纳米铁氧体 Fe3O4 铁氧体的纳米化 使其同时兼有纳米材料和铁氧体材料的吸波性能 纳米铁氧体是双复介质 既具有一般介质材料的欧姆损耗 极化损耗 离子和电子共振损耗 又有铁氧体特有的畴壁共振损耗 磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗 单一铁氧体制成的吸波材料 难以满足吸收频带宽 质量轻 厚度薄的要求 通常在铁氧体微粉中加入一些添加剂组成复合吸收剂 可使电磁参数得到较好匹配 如 铁氧体纳米复合材料多层膜在7 17GHz频率段的峰值吸收为 40dB 小于 10dB的频宽为2GHz 复合铁氧体纳米吸波剂不仅吸波性能优异 而且还兼有抑制红外辐射等多种功能 纳米铁氧体吸波材料制备 高能机械球磨法 机械粉碎法 火花爆炸法等 用物理方法制备的样品 产品纯度低 颗粒分布不均匀 易被氧化 且很难制备出10nm以下的纳米微粒 所以在工业生产和试验中很少被采纳 化学共沉淀法溶胶 凝胶法水热合成法微乳液法 溶胶 凝胶 S0l Gel 法 最常用 日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展起来的一种液相制备单分散金属氧化物颗粒的新工艺 将金属有机或无机化合物经溶液制得溶胶 溶胶在一定的条件下 如加热 脱水时 具有流动性的溶胶逐渐变粘稠 成为略显弹性的固体凝胶 再将凝胶干燥 焙烧得到纳米级产物 流程 用聚乙二醇 PEG 凝胶法制备了Ba Zn1xCox Fe16O27复合氧化物纳米材料 溶胶 凝胶 S0l Gel 法 最常用 按产生溶胶一凝胶的机制分为 传统胶束型无机聚合物型络合物型 溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内 易在温和的反应条件下进行 通过控制反应条件和各组分的比率 可对材料的电磁参数进行调整 均匀度 纯度高 均匀性可达分子或原子水平 易实现均匀掺杂 工艺简单 不需要昂贵的设备等 化学共沉淀法 流程 通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料 容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料 纳米铁氧体吸波材料制备 在密闭高压釜内的高温 高压反应环境中 采用水作为反应介质 使通常难溶或不溶的前驱体溶解 从而使其反应结晶 水解法 多元醇还原法 前驱体热分解法 溶剂热法 近几年来溶胶一凝胶法与自蔓延高温合成法相结合的自蔓延溶胶一凝胶法是发展起来的一种新的制备纳米复合粉末方法 该法充分利用了自蔓延一次合成和溶胶一凝胶法的优势 制备的粉末不需要再进行高温热处理 纳米铁氧体吸波材料应用 飞行器用隐身材料TR 1高空侦察机采用铁氧体吸波涂层 六角晶系铁氧体纳米晶 但氧化铁只是用于250 以下 而飞行器在飞行时与空气摩擦产生高温 因此西方国家研制除了锂镉铁氧体 镍镉铁氧体等新型铁氧体材料 ASM 3空对舰导弹上应用含铁氧体的玻璃钢材料 其隐身性能大为提高 同样 在地面坦克装甲车辆 海上舰船 水雷等方面也有应用 TR 1高空侦察机 ASM 3空对舰导弹 纳米铁氧体吸波材料应用 微波暗室 吸波室 微波暗室采用吸波材料和金属屏蔽体组建 制造一个封闭的纯净的电磁环境以排除外界电磁干扰 在暗室内做天线 雷达等无线通讯产品和电子产品测试可以免受杂波干扰 提高被测设备的测试精度和效率 在测试电子产品电磁兼容性时 由于频率过低会采用铁氧体吸波材料 纳米铁氧体吸波材料应用 抗电磁辐射目前 市场上的防护服 防护屏等是通过反射入射波达到防护的目的 这样会造成二次反射电磁污染 若利用纳米铁氧体吸波材料涂层制作防护装置 则可减少二次电磁污染及减轻电磁辐射对人体造成的危害 具有吸波性能且不产生二次反射的防装置的研究尚处于起步阶段 电磁辐射防护服 电磁辐射防护屏 纳米铁氧体吸波材料应用 微波通讯防电磁污染防电磁干扰高速CPU及高速信号线 纳米铁氧体吸波材料发展趋势 复合化 纳米铁氧体吸波材料与其它纳米或微米吸波材料复合 制成纳米复合铁氧体吸波材料 发挥各自的优势 则能拓宽吸收频带 提高吸波性能 从而满足实际应用上对吸波材料 薄 轻 宽 强 的要求 如铁磁性Mn一Zn Ni一Zn铁氧体 复合化能够极大地提高吸波性能 可采用有机一无机纳米复合技术 能够很方便地调节复合物的电磁参数以达到阻抗匹配的要求 且可以大大减轻质量 有望成为今后吸波材料研究与发展的重点方向 宽频化 目前的反雷达探测隐身技术主要是针对厘米雷达波 覆盖的频率有限 要求材料具备宽频带特性 即用同一材料对抗多波段电磁波的探测 纳米铁氧体吸波材料发展趋势 低维化 为探索新的吸收机理和进一步提高吸波性能 纳米微粒 纤维