纳米雷达吸波材料概述

纳米雷达吸波材料概述 隐身技术是当今世界三大尖端军事技术之一，而吸波材料则是重中之重，本文对纳米雷达吸波材料从性能，应用，结构，前景等方面进行概述。 键入作者姓名2014/4/7纳米雷达吸波材料概述隐身技术是当今世界三大尖端军事技术之一，是一种通过控制和降低目标的信号特征，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。在现代战争中，雷达是探测目标的一种可靠手段，因此，雷达隐身技术依然是隐身技术的发展重点。雷达吸波涂料主要由吸收剂与粘结剂体系组成，是一种功能性涂料，能够吸收、衰减入射的电磁波，具有将电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的功能。吸波材料可分为传统型和新型吸波材料两种，新型吸波材料包括：纳米材料、多晶铁纤维、手性材料、导电高聚物吸波材料、等离子体吸波材料和可见光、红外及雷达兼容吸波材料等。本文主要介绍纳米吸波复合材料。纳米吸波复合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变成热能或其他形式能量的一类纳米功能复合材料。 b纳米碳化硅 目前国际上的重要几项研究如下：美国研制了一种“超墨粉”吸波涂料，对雷达波的吸收率可达99%。SiIks 公司将一种超细陶瓷球粉体添加在普通的漆中，喷涂在飞机和车辆上，可以提高隐形能力，还可以涂覆在电子装备上来对付电子干扰。法国研制成功一种宽频谱微波吸收涂层，该涂层由粘结剂和纳米级微粉填充材料构成，具有良好的磁导率，在50Mhz 50Ghz 频率范围内吸收性能较好。还有采用化学法成功制备了FeB 超细非晶合金颗粒，并对其吸波性能进行了研究，结果表明，这种纳米颗粒具有较大的磁损耗，是一种有应用潜力的吸波材料。而纳米吸波材料为何如此受各军事大国的青睐呢？首先，纳米吸波涂料具有良好的吸波特性，同时具有宽频带、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。其次，纳米吸收剂具有多种吸波机制，如界面效应、量子尺寸效应，产生磁滞损耗、界面极化、多重散射及分子分裂能级激发等。因此，纳米吸波涂料是一种非常有发展前景的功能涂料。纳米吸波复合材料的工作原理：雷达波首先传输到阻抗为Z 0 的自由空间，然后投射到阻抗为Z 1的材料表面，这时雷达波产生部分反射。反射系数R 由下式得出：R =（Z 0-Z 1）/（Z0 +Z 1）。式中， Z 0=（0/0）1/2，Z 1=（ 1/ 1）1/2。0、1 分别为自由空间和吸波材料的磁导率； 0 和1 分别为自由空间和吸波材料的介电常数。为了不产生反射，反射系数必须为零，即满足Z 0=Z 1 或 0/0=1/1 。这就是理想吸波材料的阻抗匹配原理。由于现实中材料的常小于0，而远远大于0，很难满足上述要求，因此实际设计中常采用阻抗渐变过渡、多层结构设计的方法来近似地达到阻抗匹配。纳米材料之所以具有优异的吸收电磁波性能，其原因在于它独特的结构：（1） 纳米复合材料的界面组元所占比例大，颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽，造成多重散射。（2） 纳米材料的量子尺寸效应使电子的能级分裂，而分裂的能级间距正处于微波的能量范围（10-2 10-4 eV），为纳米材料创造了新的吸波通道。（3） 纳米材料中的原子、电子在微波场的辐射下，运动加剧，增加了电磁能转化为热能的效率，从而提高了对电磁波的吸收性能。纳米复合吸波材料微观形貌和能谱分析图雷达吸波材料研究前景展望吸波材料的基本要求是：“薄”、“轻”、“宽”、“强”，目前的吸波材料还不能全面达到理想目标，因此吸波材料的发展必将向着纳米化，复合化发展，具有广阔的发展空间；同时随着探测技术的进步，可见光及红外隐身的问题逐渐突出，由于雷达波、红外波、可见光是处于不同波段的电磁波，因此如何使吸波材料在几个波段彼此兼容，成为今后研究的主要方向之一。对于纳米吸波材料来说，改变微粒直径及微粒间间隙，或调整不同尺寸间微粒的位置关系，都可能使材料在不同的波段具有良好的吸波效果。吸波材料要实现良好的吸波性能必须具备两个条件，(1)使入射电磁波尽可能地进入吸波材料内部而不在表面被反射。即材料需具有阻抗匹配性。（2）能将入射电磁波迅速地吸收衰减掉，即材料应具有强吸收特性。要想使吸波涂层获得所希望的宽频吸收特性。可通过材料表面改性或涂层复合的方法，来扩展吸波频带，获得匹配好、吸收好的吸波涂层。例如，研究纳米双层或多层吸波材料，尝试不同的材料，不同的材料厚度进行纳米复合，如纳米复合镍粉羰基铁粉双层吸波材料经试验测试，性能良好。目前吸波材料主要问题在于涂层失效，失效的只要表现形式为：涂层脱落，涂层开裂以及吸波性能下降等。纳米吸波材料新的研究方向就应该向着附着性高，韧性强，性能稳定的方向发展。参考文献1周敏，杨觉明，周建军. 吸波材料研究进展 J. 西安工业学院学报，2000，20（4）：296-3022陈亮，郑国禹，王艳艳，胡秉飞. 雷达吸波涂料的研究进展 J. 表面技术，2007,36(2)