张晟颉-纳米吸波材料--.ppt

1、张晟颉,第六讲 纳米吸波材料,纳米吸波材料 纳米吸波材料吸波机理 纳米吸波材料分类及应用 纳米吸波材料优缺点,主要内容,一、纳米吸波材料 吸波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化为热能或其它形式的能量。,一、纳米吸波材料 吸波材料一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。,二、纳米吸波材料的吸波机理 吸波材料一般分为电损耗型和磁损耗型两类。,二、纳米吸波材料的吸波机理 电损耗型吸波材料主要通过介质的电子极化、离子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波。,二、纳米吸波材料的吸波机理 磁损耗型吸波材料主要通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来

2、吸收、衰减电磁波。,二、纳米吸波材料的吸波机理 (1)当材料粒子尺寸在纳米量子级时，量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正处于与微波对应的能量范围(10-5-10-2eV)内，从而导致新的吸波效应。,二、纳米吸波材料的吸波机理 当原子能级发生分裂时，最高和最低能级相对于原子能级的差值只取决于原子间的距离，与原子个数无关。,二、纳米吸波材料的吸波机理 当两个原子趋近而形成分子时,孤立原子的每个能级会分裂成两个能级:成键能级Es和反键能级Ea。这两个能级相对于原子能级Eo的差值(Eo-Es)和(Ea- Eo)取决于二原子间的距离。,二、纳米吸波材料的吸波机理 当3个、4个或N个

3、由远趋近而形成分子或原子集团时，每个非简并的原子能级将相应的分裂成3个、4个或N个能级。,二、纳米吸波材料的吸波机理 这样，原子数越多，相邻能级间距离就非常小，近乎是连续的。也就是说，原子数越多，相邻能级间距离就越小（能级越密）。对于1摩尔固体来说，N =6.021023，因而相邻能级间的距离就非常小，近乎是连续的。,二、纳米吸波材料的吸波机理 (2)由于纳米颗粒尺寸小，比表面积大，表面原子比例高，悬挂键增多，从而界面极化和多重散射成为重要的吸波机制。,二、纳米吸波材料的吸波机理,二、纳米吸波材料的吸波机理 极化通常有两类： 取向极化：通过分子转动方向实现的极化，称为取向极化。 位移极化：由于

4、分子正负电荷中心发生相对位移来实现的，故称为位移极化。,二、纳米吸波材料的吸波机理 (3) 磁性纳米粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗。在电磁场的辐射下，材料中的原子、电子运动加剧，促使磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收。,二、纳米吸波材料的吸波机理,当外加磁场由强逐步减弱至零时，铁磁质中的B不为零，而是Br，称为剩余磁感应强度。简称剩磁。要消除剩磁，使铁磁质中的B 恢复为零，这时的反向磁场强度称为矫顽力Hc。 当磁场强度变化一个周期后，铁磁质的磁化曲线形成一个闭合曲线，称为磁滞回线。,二、纳米吸波材料的吸波机理,而磁滞损耗的大小与该磁滞回线所围成的面积大小成正比。 因此

5、，磁滞回线的面积越大，磁滞损耗也越大。,二、纳米吸波材料的吸波机理,纳米材料具有较大的矫顽力，有较大的磁滞损耗面积，这又构成纳米纳米吸波材料新的吸波机理。,三、纳米吸波材料分类及应用,由于纳米吸波材料在军事、环境保护、人体防护等方面良好的应用前景，因此对于纳米吸波材料的研究越来越多。,三、纳米吸波材料分类及应用,目前研究的主要方面有：纳米金属与合金吸波材料、纳米陶瓷吸波材料、纳米氧化物吸波材料、纳米复合吸波材料、过渡金属硫化物纳米吸波材料等。,三、纳米吸波材料分类及应用,1、纳米金属与合金吸波材料 纳米金属吸波材料是以Fe，Co，Ni等金属及其合金制成粉体，与介质型纳米粉体或粘接剂复合制成薄膜

6、。,三、纳米吸波材料分类及应用,单一的纳米金属粉的吸渡性能仍存在频带窄、吸收效果差的缺点，而采取复合方式制得的台金粉体吸波性能优于纯的纳米级金属。,三、纳米吸波材料分类及应用,2、纳米陶瓷吸波材料 纳米陶瓷吸波材料主要有SiC，Si3N4及复合物SiCN，SiCNO等，其主要成分为碳化硅、氮化硅和无定型碳，具有耐高温、质量轻、强度火、吸波性能好等优点。尤其是SiCN吸波材料，不仅具有以上优点，而且还具有使用温度范围宽(从室温到1 000 均可使用)、用量小、介电性能可调、可以有效减弱红外辐射信号的优良特性。,三、纳米吸波材料分类及应用,3、纳米氧化物吸波材料 纳米氧化物吸波材料主要有Fe，Mo

7、，Ti，W，Ni，Sn等的氧化物和复合氧化物，如Fe2O3，Fe3O4，TiO2，LaFeO3，SnO2等纳米粉体。它们不仅吸波性能良好，还兼有抑制红外辐射的功能。,三、纳米吸波材料分类及应用,4、纳米复合吸波材料 单一的吸波材料难以达到多波段、宽频带的吸收效果，而拓宽频带、增加频段的酋选方法就是复合。因此纳米复合吸波材料是纳米吸波材料的研究重点。复合方法的种类一般有纳米金属膜绝缘介质复合，纳米金属、纳米铁氧体与聚合物复合等。,三、纳米吸波材料分类及应用,5、过渡金属硫化物纳米吸波材 料 过渡金属硫化物纳米吸波材料的主要是指Cd，Mn，Ni，Cu，Zn，Ag等过渡金属的硫化物和复合物。,四、纳

8、米吸波材料优缺点,不同种类的纳米吸波材料，在物理、化学方面各有优缺点。,四、纳米吸波材料优缺点,金属纳米吸波材料具有比表面积大、颗粒的表面原子相对较多的特点，但是，这种材料的磁损耗不够大，磁导率随频率的升高而降低比较缓慢，对频率拓宽不利。化学稳定性、耐腐蚀性也不够好。,四、纳米吸波材料优缺点,纳米陶瓷吸波材料具有耐高温、质量轻、强度火和吸波性能好等特点，但是其制备工艺尚需进一步改善，而且这种材料的红外吸收对遐火温度的依赖性很强。,四、纳米吸波材料优缺点,纳米氧化物吸波材料具有良好的吸波性能及抑制红外辐射的功能。,四、纳米吸波材料优缺点,过渡金属硫化物及其掺杂类吸波材料在紫外、近紫外、可见光、近红外光区有吸收。,四、纳米吸波材料优缺点,但这些吸波材料电存在一些普遍的问题：如在制备中存在一定的团聚现象，研究多局限在纳米粉体上。而且它们的吸波性能往往只是集中在一定的波段，对于在不同波段都有吸收的