吸波材料技术调研报告

吸波材料技术调研报告PhdDing2022目录01背景与概念02材料型吸波材料03电磁结构型吸波材料04暗室吸波材料05EMI吸波材料06其他01背景与概念BackgroundandConcepts吸波材料的基本概念吸波材料是指能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波干扰的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。一般用反射损耗（RL）来评价材料的吸波性能。当RL<-10dB时，材料吸收90%入射电磁波能量。一般情况下，将小于-10dB的频率范围称为有效带宽。对于暗室吸波材料，功率反射系数往往低于-40dB。吸波材料的主要应用领域涂层吸波材料暗室吸波材料EMI吸波材料吸收剂磁性粉体、介电粉体、导电纤维碳基导电材料碳基导电材料、磁性粉体材料形态涂层、贴片、吸波结构泡沫、海绵或空心平板或尖锥贴片、泡沫、海绵、吸波结构材料厚度薄，几分之一到几十分之一波长厚，可达几个波长薄，几分之一到几十分之一波长材料密度较大小中生产成本非常高较低中低反射率指标约-10~-20dB-40~-60dB约-10~-20dB工作带宽宽波段全波段吸波宽波段吸波材料的设计要点吸波材料材料设计一般需要考虑两个方面：阻抗匹配和衰减设计。阻抗匹配：阻抗匹配是将所设计的吸波结构的输入阻抗与自由空间波阻抗（377ohm）匹配。由匹配原理可得：即，阻抗匹配要求材料的介电常数与磁导率比值与自由空间中的相等。对于表面带有特征阻抗为Z1损耗材料、底部带有金属底板的吸波材料，吸波材料表面处的输入阻抗为：只要调节参数Z1和吸波材料厚度d使得Zin等于自由空间波阻抗即可完成阻抗匹配。损耗设计：介质对电磁波的损耗能力常用电损耗正切tanδe=ε'/ε"和磁损耗tanδm=μ'/μ"表示。吸波材料的工作原理吸波材料用来减少表面反射的主要途径有吸收损耗、相位对消和电磁扩散。吸收损耗：是指材料吸收电磁波使其衰减，包括电阻、介电和磁损耗；电阻损耗：与材料的电导率相关，电导率越大时电磁波引起的电流越大，使得电磁能转化为热能，典型的材料有炭黑、石墨、金属粉、导电纤维、导电高分子等；介电损耗：与材料电介质的电极化相关，有电子云位移、离子位移、极性介质电矩转向、铁电体电畴转向及畴壁位移、高分子中原子团局部电矩转向、缺陷偶极子等极化，如SiC陶瓷、钛酸钡陶瓷、煤矸石等；磁损耗：与材料的动态磁化过程相关，来源是磁滞、磁畴转向、畴壁位移、磁畴自然共振等，采用第八族元素铁、钴、镍等与其他元素化合物制备，典型材料有铁氧体、铁电材料。相位对消：是指通过将介质表面反射电磁波与经过介质内部反射离开介质表面的电磁波等幅反向相互抵消，从而减少介质对电磁波的反射；电磁扩散：是指反射波的方向偏离反射方向，传到其他地方从而减少对接收方向的干扰。

吸波材料的形状根据吸波材料的应用领域和材料特性，主要有如下形状：单层平板形：国外早研制成的吸收体就是单层平板形，后来制成的吸收体都是直接贴在金属屏蔽层上，其厚度薄、重量轻，但吸收电磁波的工作频率范围较窄；多层平板形：这种吸收体可在很宽的工作频率范围内工作，且可制成任意形状。如日本NEC公司将铁氧体和金属短纤维均匀分散在合适的有机高分子树脂中制成复合材料，工作频带可拓宽40%～50%。其缺点是厚度大、工艺复杂、成本高；尖劈形：微波暗室采用的吸收体常做成尖劈形（锥形），主要由聚氨酯泡沫型、无纺布难燃型、硅酸盐板金属膜组装型等。跟着频率的降低（电磁波的波长增长），吸收体长度也大大增加，普通尖劈形吸收体有近似关系式L/λ≈1，所以在100MHz时，尖劈长度达3000mm，不但在工艺上难以实现，而且微波暗室有效可用空间也大为减少；结构形：将吸收材料掺入工程塑料，使其同时具有吸收特性和载荷能力，这是吸收材料发展的一个新方向；涂层形：在飞行器表面只能用涂层型吸收材料，为展宽频率带，一般都采用复合材料的涂层。如锂镉铁氧体涂层厚度为2.5-5mm时，在厘米波段，可衰减8.5dB；尖晶石铁氧体涂层厚度为2.5mm时，在9GHz可衰减26dB；铁氧体加氯丁橡胶涂层厚度为1.7-2.5mm时，在5-10GHz衰减达35dB左右。

吸波材料的发展历程吸波材料早在二战时被德国发明，研制的掺有碳粉的橡胶片吸波材料可以将电磁波减低约20dB。吸波材料经过近八十年的发展，已成为独立的学科体系和具有大量的专业生产厂家。最早的微波暗室建于1950年代，采用动物毛发编织物涂敷碳来实现2.4~10GHz频段的微波吸收，垂直入射的反射为-20dB；50~60年代起，尖锥型海绵吸波材料开始被大量用于微波暗室，主要用于散射及天线性能的测量；80年代起，随着民用电子产品、汽车电子等的兴起，开始大量兴建电磁兼容测量暗室；2000年以来，随着各种无线终端在大众消费者中的普及，空口测量（OTA）暗室在无线通信研发、生产及认证环节中得到大量使用。吸波材料的主要产商吸波材料领先产商主要集中在美国、日本和德国等发达国家，具有技术领先、性能稳定和品质卓越优势。经过多年不断发展，我国吸波材料产商数量也多达上百家，部分产品已经达到国际先进水平。但整体来看，国内具有高端产品生产力的产商数量少，大部分产商主要集中在中低端市场竞争，行业结构还有较大优化空间。国家&地区公司名称国外美国日本德国英国国内深圳苏州广东南京大连浙江其他地区吸波材料的市场容量根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年中国吸波材料市场可行性研究报告》显示，2015-2019年，全球吸波材料市场规模年均复合增长率为9.2%；2019年，全球吸波材料市场规模约为297.5亿元；预计2020-2025年，全球吸波材料市场规模将以8.0%以上的增速继续快速上升，市场规模将持续扩大，整体行业发展前景良好。2012-2018年中国吸波材料行业盈利水平02材料型微波吸波材料EMWaveAbsorbersContrcutedwithChemicalMaterials材料型吸波材料组成吸波材料通常是把具有吸波功能的特定粉末（吸收剂）分散在基体（粘结剂）中形成的。一般来说，吸波材料基体起粘结、强度和抗环境的作用，而吸收剂起电磁损耗作用。常见吸波材料基体的分类及特点如下：吸波材料基体介电常数损耗正切tanδ618环氧树脂2.950.040638环氧树脂3.950.074AS-70环氧树脂3.700.053618+CTBN2.890.036618+聚硫2.890.036聚氨酯2.870.032氯磺化聚乙烯6.860.042氯丁橡胶4.000.026聚硫橡胶14.00.150材料型吸波材料的分类材料型吸波材料按吸波剂种类及基体的不同，主要可以分为如下几类：碳基吸波材料：密度小、电性能好，力学性能优异，特别是其显著的介电性能和低密度特性；铁氧体基吸波材料：具有吸收性能优异、成本低廉等优点；金属微粉吸波材料：具有微波磁导率高、温度稳定性好等优点；陶瓷基吸波材料：具有硬度高、质量轻、高温强度大、热膨胀系数小、热传导率高、耐蚀、抗氧化等特点；导电高分子聚合物吸波材料：能够兼具红外和良好的微波吸波性能，具有密度低、结构多样化、易加工、环境稳定性好、电磁参数可调、有成熟的加工工艺等优点；纳米吸波材料：具有吸收频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等优点；手性吸波材料：调整手性参数比调整介电常数和磁导率更容易，易于实现宽频吸收；多晶铁纤维吸波材料：涂层面密度小于3kg/m2，吸收频带宽，是轻质磁性吸收剂；视黄基席夫碱类吸波材料：吸波性能优于其它材料，而重量只有铁氧体吸波材料的1/10。吸波材料的最佳吸波频段吸波材料分类最佳吸波频段典型例子炭黑3GHz炭黑含量为5%时，样品的反射率在2-18GHz范围内全部小于–10dB；碳纳米管2-18GHz涂层厚度为1mm时，20-40nm的碳管复合物-10dB的频宽为7GHz。石墨5.2-18GHz石墨包覆铁镍合金纳米胶囊在12.4–18GHz波段表现出十分优秀的吸波特性。石墨烯1-18GHz柔性宽带吸波材料，宽入射角条件下实现2-40GHz频段吸波率高于90%。碳纤维3.05GHz复合材料，涂层厚度为2mm时，在X频段低于-10dB的带宽达到4GHz。铁氧体2-30GHz复合吸波材料，厚度为2.7mm时吸波带宽可达4.5GHz。金属微粉（羰基铁粉）593MHz-2.7GHz纳米γ-(Fe，Ni)合金粉体在8-18GHz和26.5-50GHz的吸收率最高达99.95%。陶瓷基8-18GHz碳化硅-碳纤维材料与环氧树脂复合平板，衰减-10dB的频带宽度超过10GHz。导电分子高聚物2-12GHz复合材料，在频段2-12GHz，反射损失值均小于-10dB。多晶铁纤维5-20GHz厚度为1mm的多晶铁纤维吸波涂层，在3-18GHz宽频带内反射系数低于-5dB。视黄基席夫碱类9-12GHz席夫碱掺杂金属银化合物，2-18GHz频段内最小反射率为-16dB。等离子体1-20GHz1-20GHz范围内反射率可达-17dB。碳基吸波材料主要包括炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等。炭黑：传统的吸波材料，具有良好的吸波功能，价格便宜。作为填料的添加量大，吸波效果仍有待提高，受到的研究关注度较小。碳纳米管（CNT）：拥有一维量子结构，具有独特的金属或半导体导电性、热传导性、机械强度、电磁效应和良好的吸波效果，被广泛用作吸波材料，可以作为潜在的电磁屏蔽材料或暗室吸波材料使用。在CNT表面/内部引入第二相、构造异质结构常被用来提高对电磁波的介电损耗和磁损耗能力。为了改善CNT的吸波性能，可以考虑与介电材料、磁性材料复合。碳基吸波材料石墨烯：具有质轻、导电率高等优点，作为常用的吸波基材，可以制备泡沫、薄膜、气凝胶等吸波复合材料，在民用领域均有着广泛应用。目前已有较多基于石墨烯的二元、三元乃至四元的复合吸波材料的研究，取得了一定的进展。未来研究朝着石墨烯复合材料向着材料三维结构设计、微观结构设计、组份间协同、四元复合材料的简便制备方法等方向发展。东莞市鹏威能源成功研发出了石墨烯三元吸波材料产品。碳纤维（CFs）：强度比钢大、耐腐蚀、耐高温、导电导热性好，由有机纤维或低分子烃气体原料加热形成的纤维状材料。对碳纤维表面进行掺杂或改性，可以获得优异的吸波性能。低温处理的碳纤维，具有优良的电损耗，是良好的吸波体。与磁损耗型吸收剂等复合，可以制备吸波性能较强的的复合材料。将特制的横截面为方形或三角形的碳纤维与玻璃纤维混杂编织成三向织物，具有许多微小角锥，也具有良好的吸波性能。碳材料特别是碳纤维在吸波领域应用比较广泛，但成本相对较高。复合吸波材料设计策略为了达到“薄、轻、宽、强”的要求，可以从如下两个方面进行复合吸波材料设计：利用多组分引入多种损耗机制拓宽吸波频带，将多种损耗组分复合制备高性能吸波剂，从而在提升吸波剂阻抗匹配性能的同时，通过复合材料中不同的组分进一步引入电损耗、介电损耗和磁损耗等损耗机制；利用结构设计，如层状、多孔状、纳米棒状、球状等特殊结构，形成一定的缺陷和多重界面，这些缺陷和界面会引入额外的损耗机制，如多重反射、空间极化、界面极化、偶极子极化等，进而促进对电磁波的吸收。铁氧体基吸波材料铁氧体吸收材料是利用铁氧体磁损耗对电磁波进行吸收的原理制成的材料，比其它介质的吸收材料具有频率高、频带宽、涂层薄等优点，缺点是密度大、高温性能差、吸收频带窄，目前研究较多以及技术较为成熟。日本在研制铁氧体吸波材料方面处于世界领先地位，研制出宽频高效吸收涂料，可吸收1~2GHz的电磁波，吸收率为20dB，改进后在更高6-13GHz范围内，可以达到10dB。

几乎所有铁氧体软磁材料均可用作吸收材料，常用的有锰锌、镍铜锌、镁铜锌、镍镁锌以及超高频软磁铁氧体等。按微观结构划分，可分为六角晶系、尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。六角晶系:具有片状结构，是吸收剂的最佳形状，具有较高的磁性各向异性等效场，因而有较高的自然共振频率。目前研究工作更多集中在该类型氧体材料，而且对钡系M、W型六角晶系铁氧体材料的研究开展较多。尖晶石型：Fe3O4是尖晶石类铁氧体的重要组成，其介电常数和磁导率较小，难以满足频带、厚度和面密度要求。磁铅石型：属于六角晶系，共振频率处于1-10GHz范围，可以得到较高的磁导率，更适合作为GHz频段的吸波材料。相比较而言，一元铁氧体吸波材料的力学性能、加工性能、稳定性等不如二元铁氧体和三元铁氧体复合材料，而三元铁氧体复合材料的制备相对复杂，因此二元铁氧体复合吸波材料被广泛研究应用。未来对铁氧体吸波材料的研究方向主要集中在设计多样化结构、与新型材料复合和增强环境耐受能力三方面。铁氧体基吸波材料对于消费电子杂波频段或高次谐波，当由于设计或者工艺等方面的原因，即使是采用了电磁屏蔽、滤波、接地等技术和手段，有时也很难达到预期的效果时，只需找到干扰源用本材料粘贴或固定上铁氧体吸波片即可，就可以解决屏蔽手段所无法解决的一些EMC/EMI问题。在NFC/RFID设备中，电子标签在读卡器发出的信号作用下激发感应出的交变电磁场很容易受到附近金属的涡流衰减作用而使信号强度大大减弱，导致读取过程失败，通过采用铁氧体吸波材料片可以有效地减少导电体对电子标签的干扰，有效增加NFC天线产品感应距离。金属微粉吸波材料金属微粉的粒度通常为0.5～20μm，具有微波磁导率高、温度稳定性好等优点，对电磁波有较好的吸收，是一种典型的磁性吸收剂。缺点是抗氧化、抗酸碱能力差，介电常数大，频谱特性差，低频吸收性能较差，而且密度大。向纳米尺度和复合化的研究将会是今后的一个重要研究方向。磁性金属微粉吸波材料主要有两类：一是羟基类金属微粉；二是通过还原、蒸发、有机醇盐等工艺制备的磁性金属微粉。羟基类金属微粉：包括羰基铁、羰基镍、羰基钴，其中羰基铁粉是最为常用的一种。羰基铁具有温度稳定性好、吸波频带宽、可设计性强等优点。为了进一步提高羰基铁粉的使用温度,目前普遍通过在羰基铁粉表面包覆一层有机物或无机物来抵抗高温氧化。磁性金属微粉：包括Co、Ni、CoNi、FeNi等，它们的电磁参数与组分和粒度等因素密切相关。随着粒子的细化，组成粒子的原子数目大大减少，可以使其磁、电、光等物理性能发生质的变化。

陶瓷基吸波材料具有优良的力学性能和热物理性能，特别是耐高温、强度高、蠕变低、膨胀系数小、耐腐蚀性强和化学稳定性好。具有承载和减少反射截面的双重功能，用于高速飞行器组件上的吸波材料。具有质轻、频宽的特性，主要包括碳化硅（SiC）、氮化硅、氧化铝、硼硅酸铝、PZT(锆钛酸铅)及钛酸钡。实现与磁性金属、碳系吸波剂的复合将是该类吸波材料研究的主要方向。SiC受关注度较高，必须经过掺杂处理获得满意的吸波效果。应用形式多以碳化硅纤维为主，具有强度高、可编织性强、密度低、高温力学性能高、高温抗氧化等优点，通常应用于发动机尾喷管、涡轮叶片和涡轮壳环等构件。以下几种改善碳化硅纤维吸波性能的途径：导电高分子聚合物吸波材料具有共轭π电子的高分子聚合合物经过掺杂后分子链上存在自由基，从而具备了导电性，这种导电性可以在绝缘体、半导体和导体间广泛地变化。当导电聚合物处于半导体状态时对电磁波有较好的吸收效果，主要包括聚苯胺(PANI)、聚吡咯（PPY）等。红外反射率远远低于普通聚合物，所以能够兼具红外和微波吸波性能。具有密度低、结构多样化、易加工、环境稳定性好、电磁参数可调、有成熟的加工工艺、成本低等优点，其缺点是加工性能较差，应用温度范围也有一定的局限性。自上世纪90年代开始，美国、法国、日本等发达国家的研究机构就已经开始对导电高聚物材料进行研究，并着手将其运用在飞行器上，作为新一代的吸波涂层。将高分子聚合合物与不同类的物质复合可以得到轻质、宽频的吸波材料。不过，仍然存在填料有效吸波频带较窄、掺杂型导电高聚物不易加工、结构均匀性差等问题，在一定程度上限制了导电高聚物在实际中的应用。目前，导电聚合物型吸波涂层尚处于实验室研究阶段。加强与无机材料的复合，使其在导电情况下增加对电磁波的磁损耗将是以后发展的重点。纳米吸波材料纳米材料具有很强的透过率，极大减少了目标物体表面的反射率，具有吸收频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等优点。复合纳米材料的尺寸和形状不仅可以改变材料的介电常数和磁导率，而且可以产生大的界面偶极子，其旋转可能与入射的微波能量反射，导致共振吸收。目前，大规模生产工艺还不成熟，纳米吸波材料还没有量产。现阶段主要研究的纳米吸波材料有纳米金属与合金吸波材料、纳米铁氧体及其复合物吸波材料、纳米陶瓷吸波材料、纳米石墨吸波材料、纳米碳化硅吸波材料、纳米导电高分子吸波材料等。目前，美国已经研制出一种称作“超黑”的纳米吸波材料，对电磁波的吸收率高达99%，正研究覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料。法国科学家研制成功宽频频吸收涂层，在50MHz至50GHz内具有良好的吸波性能。研发组分和电磁参数可调、具备吸波和承载双重功能以及对外界能作出最佳响应的多波段智能型纳米复合材料，将是未来吸波材料领域重要且极具潜力的发展方向。

碳纳米金属纳米薄膜纳米氧化物手性吸波材料手性材料是指没有几何对称性，通过平移和旋转等手段都不能使一个物体与其镜像完全重合的材料。早在上世纪80年代，手性吸波材料的研究逐渐成为大家关注的方向。能够在电磁场的作用下产生交叉极化是其能够吸收电磁波的重要原因之一，具有良好的吸波性能。与普通吸波材料相比，手性吸波材料具有两个优势：一是手性参数调整比介电常数和磁导率调整更容易；二是手性材料的频率敏感程度比介电常数和磁导率小，易于实现宽频吸收。缺点是制备工艺比较复杂，制备成本较高，限制了其应用范围。手性微体主要有金属手性微体、微螺旋炭纤维以及手性导电聚合物。金属手性微体:具有耐磨性、高弹性、良好的导电性和烧结性等优点，取材、制作工艺相对简单，也是较早研究的一种手性吸波材料，大多作为掺杂体掺入环氧树脂或石蜡等基底中。金属手性吸波材料加入一般的基底中能够有效地提高材料的吸波性能，且会随着基底电导率的变化而变化；但其制作往往采用手工且材料的密度及制作出来的尺寸都较大，使得手性微体复合材料质量和厚度较大，难以应用。手性导电高聚物:因其具有良好的导电性能而受到广泛关注。例如，超螺旋手性PANI以手性酸为掺杂剂，采用自组装技术，通过原位聚合成功地合成，其电磁损耗明显高于传统的PANI。其他涂层吸波材料多晶铁纤维吸波材料：包括Fe、Ni、Co及其合金纤维，通过磁损耗和涡流损耗的双重作用来吸收电磁波，吸收频带宽，是轻质磁性吸收剂。吸波性能受长度、形状因子、电导率和取向等因素影响较大，不易实现工程控制。法国已经成功研发了新型多晶铁纤维吸波材料。Fe-N化合物：Fe3N和Fe4N具有高饱和磁化强度、低矫顽力，以及良好的抗腐烛能力。视黄基席夫碱类：1987年由美国研制出来，吸波性能优于其它材料，而重量只有铁氧体吸波材料的1/10。特定类型的视黄基席夫碱盐可吸收特定波长电磁波，对视黄基席夫碱盐进行搭配、组合，可以有效拓宽吸收频带。等离子体吸波材料吸波频带宽、吸收率高、使用简便、使用时间长、价格便宜，能够最大限度地保留飞机性能，还可以减少飞行阻力。产生等离子体的方法主要有：一种是在飞机特定部位涂一层放射性同位素；另一种是在低温下，以高频和高压的形式产生间隙、沿面放电等形式，将气体介质电离形成等离子体。03电磁结构型微波吸波材料EMWaveAbsorbersContrcutedwithArtificialEMStructure电磁结构型吸波材料电磁结构型微波吸波材料是通过人工构造的结构实现对入射电磁波的阻抗匹配和吸收。通常将宽频带内电磁参数较为稳定的介质材料作为人工构造结构的基板，在基板上加载特定的频率选择表面结构或特定的周期性电路结构，调节吸波材料的阻抗从而实现阻抗匹配后将电磁波损耗。按照加载的结构的区别主要分为电阻屏式、集总电阻式和电磁超材料吸波结构。电阻屏式吸波结构：通常是由电阻屏、介质层以及金属背板构成。入射电磁波与经由金属背板产生的反射波在波长的四分之一处形成驻波，输入阻抗趋于无穷大，在该处放置电阻率为377ohm的电阻屏时，该电阻屏与带有金属基底的介质基板的输入阻抗呈并联关系，实现完全阻抗匹配，电磁波能量在介质层中耗散，实现吸波性能。单层为Salisbury屏，多层为Jaumann屏。当电阻屏的层数达8层后，扩展吸波带宽能力不再增加。Jauman屏需要精确控制结构每一层的特征阻抗，在实际制备工艺中很困难。虽然电路模拟吸波结构方法提高了吸波带宽，但由于其结构设计较为单一，无法满足更特殊的带宽厚度要求。Salisbury屏Jaumann屏电磁结构型吸波材料电阻屏式吸波结构的实物制作：制备工艺为丝网印刷技术，制作原材料主要有：导电油墨、环氧树脂、PMI硬质泡沫基板和不干胶纸。为获得不同方阻值的电阻膜，可考虑在导电油墨中添加环氧树脂，通过控制两种组分的质量比来控制印刷方阻的变化。连续电阻膜先印刷在不干胶贴纸上，然后经方阻测试以及图形化雕刻之后再粘到硬质泡沫板上。实验用的丝网印刷设备：(a)丝印机；(b)图形化网版电阻膜及其设备：(a)连续电阻膜图形化样张；(b)激光雕刻机加工的电阻屏的样品仿真和实验结果对比电磁结构型吸波材料集总电阻式吸波结构：由集总电阻、介质层以及金属背板构成。在集总电阻式吸波结构中，用集总电阻代替电阻薄膜，可以更加精确地控制输入阻抗。采用二维周期阵列上加载集总式元件的方法设计电路模拟吸波结构，吸波结构厚度仅为最大波长的1/10。集总电阻式吸波结构示意图电磁结构型吸波材料电磁超材料吸波结构：由采用亚波长金属或者介质结构组成的周期性阵列组成，与入射电磁波的共振耦合实现吸波效果。可分成两类吸收型，一种是利用电磁谐振原理吸波；另一种是电路谐振吸波，通过元器件来完成的电磁波损耗。超材料单元结构的多样性使得基于超材料的超薄超宽带吸波结构的设计更具有普遍性。超材料结构设计方面主要是朝着低频、超薄、轻质、宽带、大角度以及柔性结构等方向前进，理论主要有等效媒质理论、多级反射干涉模型、等效电路和传输线的方法、Fabry-Pérot以及其他腔体谐振等。为了吸波结构更为轻薄，常常应用超表面中的频率选择表面技术。进一步采用蜂窝夹层吸波结构，可以有效吸收宽角度的电磁波。为了增加介质层的耗散功能并降低吸波结构的厚度，可将介电材料更换成磁性材料。四种典型频率选择表面结构示意图及其传输特性Pendry等提出的完美吸波器，1996。电磁结构型吸波材料吸波蜂窝结构吸波蜂窝结构由于其兼具良好的吸波性能和优异的力学性能而得到了广泛应用。从蜂窝自身结构特征来看，具有远小于工作波长的单元孔格和严格的周期排列方式，可使用超材料的设计理念对其电磁性能进行优化设计。对其进行周期性地选择性浸渍，设计灵活度大大增加。可以采取对单个蜂窝孔内壁全浸渍和不浸渍的蜂窝孔交叉并形成周期性的图形化排布。图形化设计：(a)阵列俯视图；(b)周期单元俯视图；(c)周期单元侧视图堵孔浸渍方案：(a)完成浸渍的图形化吸波蜂窝；(b)烘干后的样品图形化蜂窝实验和仿真对比电磁结构型吸波材料的宽频化设计思路在研究电磁结构型吸波材料的宽频带吸收方面，一般的设计思路主要包含以下几种：多层吸波器结构：将大小各不相同的结构相互叠加组成，每一个谐振结构响应电磁波就会产生一个谐振吸收峰，利用多个吸收峰之间交叉重叠，达到宽频吸收的效果。缺点是这种结构非常复杂，对设计和制造都有很大的要求；平面多尺寸吸波器结构：在同一平面内，利用两组及以上的不同尺寸的金属图形，不同形状对入射电磁波发生不同的谐振频率，通过谐振吸收峰之间相互叠加，从而获得宽频化吸收。不过，对于宽频化的效果也有限；电阻膜吸波器结构：由电阻膜结构、基板和金属背板组成。电阻膜的阻值大小通过膜的厚度来控制，通过电阻损耗电磁波，有效的拓展吸收频带；加载集总元件吸波器结构：在常规的超材料吸波器的结构上加载集总元件，调控吸波器的阻抗匹配程度和电磁损耗的特性，同时也增强了吸波器对电磁波的损耗，实现拓展吸波器吸收频带。电磁结构型吸波材料的进展香港科技大学的课题组从理论设计角度解释了电磁波超材料与声学系统不同的吸收机制，并且同样通过实验证明了其吸收性能接近理论允许的极限。金属环结构在平面波的激发下，相邻的环会耦合产生电偶极子模式的响应。通过在环上引入可以调节的电阻，使得“共振峰”相互融合，通过耗散这一额外的自由度，实现宽频的阻抗匹配。更进一步地，通过堆叠两层自相似的金属环结构阵列，可以极大程度地拓宽吸收谱频段。将大金属环和小金属环分别对应的吸收频段，将会拼接形成超宽频的吸收谱。为了消除高频衍射带来的影响，将超材料和传统吸波海绵结合，最后整合的吸收器平均的反射损失在-19.4dB，即吸收率接近99%。。两层自相似堆叠结构两层自相似堆叠结构+吸波海绵04暗室吸波材料AbsorbingMaterialsforMicrowaveAnechoicChamber暗室吸波材料的发展历程1960年代开始，聚氨酯（PU）角锥广泛地应用于微波暗室，在频率较高频段能达到-60dB的垂直入射反射。为了避免了聚氨酯角锥在低频频段尺寸过大的缺点，同时期发明了在低频段具有较好的吸波效果电薄形式铁氧体瓦片，其一般工作范围为30~600MHz。采用PU作为基底材料，吸波体吸波性能极易受到发泡倍率的影响，并且温度变化或受潮等情况会改变PU孔隙大小，影响材料的介电常数。近些年新研制的发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚乙烯(EPE)以及发泡聚丙烯(EPP)等作为基底材料能较好地避免上述问题。对于大功率使用场景，可以利用无纺布为基材、刷吸波材料后制成空心锥，且重量更轻。经过六七十年的发展，暗室吸波材料产品大致可以划分为：第一代暗室吸波材料：PU海绵吸波材料，具有工作频带宽、吸收性能好、制造成本低等优点。第二代暗室吸波材料：无纺布吸波材料，具有重量轻、耐功率及阻燃性能好等特点，高功率暗室中使用广泛，非替代PU吸波材料方案。第三代暗室吸波材料：硬质泡沫吸波材料，具有电性能好、机械性能好、洁净环保、使用寿命长等优点。几种暗室吸波材料的对比PU海绵优点：工作频带宽、吸收性能好、制造成本低。缺点：均匀性较差，基体材料强度低、长期使用易变形和碳粉脱落，吸潮和不耐水，低频时尺寸大、重量重，使用寿命小于十年。无纺布优点：重量轻、耐功率及阻燃性能好，强度远好于PU。缺点：吸收剂只涂敷在锥体表面，同等高度的材料难以达到海绵材料的吸波性能，只适用于高功率场景。EPE、EPP、EPS泡沫优点：电性能好、机械性能好、洁净环保、使用寿命长。缺点：生产流程比较复杂，制备成本比海绵材料高，需要模具发泡成型，不太适合小批量的生产。蜂窝材料优点：能够承受大功率辐射，是各种高功率应用场合的首选材料。缺点：原材料价格高昂，吸波浸渍胶工艺控制和角锥切割的要求高，导致成本很高，应用聚焦于高功率测量暗室。暗室吸波材料的加工工艺PU海绵吸波材料：制造工艺简单、成本低，缺点是采用人工/半人工浸渍吸波剂，均匀性差、烘干困难。无纺布吸波材料：无纺布吸波材料是一种由阻燃、耐温无纺布为基材，浸渍炭黑或磁粉等吸收剂制成的空心微波宽带吸收体。PU海绵浸渍溶液挤出烘干测试包装水基碳浆无纺布喷涂剪裁叠合成型测试包装导电碳浆铁氧体吸波材料：主要以薄片型为主，将Fe3O4、Ni、Co等磁性材料通过磨粉、烧结等工艺成型。混料球磨预烧成型煅烧研磨测试包装暗室吸波材料的加工工艺EPP泡沫吸波材料：EPP机械与耐热性能均较为出色，缺点是阻燃性差，而EPS则阻燃性优良。采用掺杂纳米碳粉吸收剂及无机氧化物阻燃剂的树脂原料，混料与挤出及发泡过程实现了全自动化生产，材料内部的炭黑分散及泡孔直径通过严格控制的工艺参数，可以做到非常均匀。蜂窝吸波材料：蜂窝吸波材料通常以芳纶纸为基体，俄罗斯研究者对制备工艺做了改进，浸胶过程得到精确控制。EPP树脂高温混料造粒颗粒发泡二次发泡成型测试包装国内暗室吸波材料产业链现状近年来，国产吸波材料也实现了多项技术性突破，取得了可喜之成果，一些成熟产品甚至超越日韩吸波材料。目前绝大多数的进口吸波材料可以被国产吸波材料替换，国内从事暗室吸波材料的企业数量也达到数十家。典型的企业有：地区厂家大连南京深圳上海其他国内暗室吸波材料的研究进展中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子实验室以二氧化碳为发泡剂，通过釜压发泡法制备出堆积密度为45-90g/L的聚丙烯/炭黑（PP/CB）复合发泡粒子，而后通过高温水蒸气成型工艺制备出大尺寸的聚丙烯/炭黑复合泡沫板（60×30×10cm3）。该PP/CB复合泡沫不仅具有较低的密度（0.030-0.117g/cm3），还具有良好的力学性能（75%压缩强度约为6.2-41.2MPa，拉伸强度约为0.4-0.9MPa，断裂伸长率约为6%-17%）。良好的导电网络和泡孔结构还赋予了该类材料优异的吸波和电磁屏蔽性能。炭黑含量为25wt%的PP/CB复合泡沫（PPCB25）在2-18GHz频段内的反射损耗（RL）最低约为-60dB，其有效吸波（RL＜-10dB）频宽高达15GHz。此外，对该PP/CB复合泡沫电磁屏蔽性能测试还表明，其在6-18GHz频段能够屏蔽99%-99.92%的入射电磁波能量且电磁波吸收效率高达80%-97%。05EMI吸波材料AbsorbingMaterialsforEMIEMI吸波材料随着电子技术的飞速发展，电子产品正迅速向智能化、轻薄化、多功能等方向发展。电子产品工作时向空间辐射了大量不同频率的电磁波，从而导致了大量电磁波干扰(EMI)现象。为解决这些问题，全球各地区基本都设置了导电磁兼容相关的市场准入认证，如：北美的FCC、NEBC认证，欧盟的GE认证，日本的VCCEI认证，澳洲的C—TICK认证，中国的3C认证等。尽管导电类电磁材料产品可在一定程度上解决电磁干扰问题，其对电磁波的反射可能对电子器件和环境造成二次辐射干扰。相比较而言，吸波材料是最理想的解决方案。吸波材料广泛应用于手机、电脑、微波炉、电视等各类电子产品和电台、医疗器械等电子设备。在实际工程应用中，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求吸波材料能