吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成热能或其他形式的能.评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率.作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向.分析结果表明吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻抗匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程.     

尖锥八面体Fe3O4的水热合成及微波吸收性能

采用水热法,在碱性条件下,以PEG-6000与水的混合溶液为反应介质,以硫代硫酸钠氧化前驱体氢氧化亚铁制备Fe3O4晶粉.采用X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物结构和形貌进行表征.用微波矢量网络分析仪测试了样品在2～18 GHz微波频率范围内的复介电常数和复磁导率,计算微波反射系数,探讨材料的微波损耗机制.研究结果表明:在水热反应一定时间后,得到单分散的尖晶石型Fe3O4晶粒,颗粒呈规则的尖锥八面体形貌且表面平整;对反应为12h、厚度为2.8 mm的样品,7.1 GHz频率位置的反射系数峰值为-35 dB,小于-10dB吸收带宽为7.9 GHz;低频段(2～13 GHz)的微波吸收主要源于磁损耗兼具介电损耗,高频段(13～18GHz)的微波吸收主要源于介电损耗且磁损耗弱.尖锥微八面体Fe3O4是一种低反射率宽带微波吸收材料.     

掺杂聚苯胺复合材料电磁参数及吸波性能研究

采用3cm波导式测量线在8～14GHz频率范围内,用多点拟合的实验和计算方法对掺杂聚苯胺的微波吸收特性及参量进行了研究．发现浓H2SO4掺杂本征态聚苯胺(PAn)所合成材料的电损耗很小、磁损耗较大(相对于HCI—PAn)．FeCl2掺杂浓H2SO4-PAn材料可合成磁损耗较高、基本上有利于吸收微波的材料;更令人注意的是,将HCl—PAn与浓H2SO4-PAn—FeCl3按一定的比例混合,可以合成出平均衰减为13．37dB、最大衰减为26．7dB、密度为0．7g／cm^3、频宽为10．34～14GHz的很有利于吸收微波的材料．同时．比较了有机酸掺杂聚苯胺DBSA—PAn与HCI—PAn的吸波性能。     

烟气排放物对微波频段信号影响的定量计算

从电磁波传输理论出发,提出了一种利用非绝缘混合介质的等效介电常数计算工业烟气排放物对电磁波传输影响的方法,给出了正常排放条件下烟气混合排放物对电磁波吸收大小的定量计算公式,并利用欧盟和我国大气污染排放标准数值讨论了卫星地面站附近烟气排放物对信号的吸收大小.结果表明,由于金属颗粒的存在,烟气排放物会对传输的电磁波产生一定的吸收损耗,这种损耗将对卫星地面站的正常通信产生一定的影响,而且这种影响随着排放物中金属颗粒含量的增大而显著地增大.     

多层吸波材料的优化设计模型

通过优化设计,建立了多层吸波材料的理论模型.研究结果表明,多层吸波材料的最大吸收反射率与材料厚度的成单调递增关系,同时频宽却向低频方向发生偏移;反射损失(RL)-10d B的频宽随着厚度增加而减小;双层吸波材料的吸波频率范围比单层吸波材料的宽,三层吸波材料的吸波频宽进一步增大,且在C波段和Ku波段有最大反射损失吸收峰.各单层吸波材料具有不同的电损耗和磁损耗性能,经过优化设计复合后,多层吸波材料中各层吸波材料的优异性能的合理叠加使吸波频宽增大.模型的计算结果与实验测定结果的吻合度很好.     

基于平行金属线的太赫兹准全向超材料吸波体

该文基于平行金属线设计了一种具有准全向吸波特性的太赫兹超材料吸波体,其准全向吸波特性是通过提高超材料的结构对称性实现的.理论和仿真结果表明:随着超材料结构对称性的提高,超材料吸波体的极化敏感度逐渐降低直至达到任意极化吸波.仿真的不同入射角下的吸收率与表面电流分布表明:平行于介质基板的磁场分量在平行金属线之间激发的反向平行电流导致了结构的电磁谐振,因而在极宽的入射角下该超材料吸波体仍能对电磁波进行高效吸收.提取的等效阻抗实部表明:可以通过调节基板两侧金属线的尺寸,来实现吸收频率处超材料吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配,另一侧与自由空间阻抗不匹配,从而使得反射和传输同时最小、吸收最高.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体的强吸收主要源于基板的介质损耗.该太赫兹吸波体可能在爆炸物探测和材料识别等领域具有广泛的应用.     

氘化、氟化对塑料光纤损耗性能的影响

利用Morse势能理论,计算了不同化学键C-X（X分别为H、D、F）的振动吸收损耗,发现在波长小于3000nm时,C-H键的损耗最大,C-D键的次之,C-F键的最小;在波长大于3000nm时,C-F键的损耗超过C-D键的,因为塑料光纤本征损耗主要是C-H的振动吸收损耗,如果用D、F替代塑料光纤材料中C-H的H,C-X在可见光区及红外光区的振动吸收损耗就能显著降低,利用氘化、氟化的聚合物材料可制备出损耗小于10dB/km的低损耗塑料光纤,研究结果为降低塑料光纤损耗提供了新的理论依据。     

基于电介质超材料的中红外超窄带吸波器

电介质超材料因具有极低欧姆损耗受到广泛关注.提出一种基于电介质超材料的中红外超窄带吸波器,该吸波器由顶层电介质微结构、中间层电介质膜和基底金属构成.研究结果表明：该吸波器在中红外波段存在带宽为2.40 nm的吸收峰;电场主要分布于顶层硅微结构之间的间隙,导致吸收损耗功率显著降低,进而实现吸收带宽压缩;作为传感器时,在中红外波段该吸波器的品质因数可达80.可见,该吸波器可应用于中红外热辐射光源和高性能传感器.     

Fe填充碳纳米管微波吸收材料的研究

实验采用二茂铁热分解原位沉积法制备了金属Fe填充碳纳米管复合雷达吸波材料.高分辨透射电镜观测证实了Fe在碳纳米管内的填充发生,填充的金属Fe在碳纳米管内呈准连续的纳米线.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.采用吸收屏理论公式计算材料反射率损耗、匹配频段及匹配厚度.结果表明,样品反射损耗随吸收层匹配厚度的增大,吸收峰向低频方向迁移.吸收层在Ku波段具有较好的吸波效果.当吸收层匹配厚度为3.5 mm时,在中高频范围内,反射衰减最大达-22.73 dB,反射衰减小于-10 dB的频宽达4.22 GHz.     

石墨烯基吸波材料的研究进展

电子信息技术的飞速发展，使电磁污染问题日益严重，开发具有“薄、轻、宽、强”性质的吸波材料显得尤为重要.石墨烯材料有着大比表面积、高电导、密度低和强介电损耗等优点，但也存在阻抗匹配性差、损耗机制单一等缺陷.对石墨烯的形貌和结构等进行设计，能够有效改善阻抗失配的问题.此外，将石墨烯材料与其他损耗材料复合构造多元协同损耗的复合材料，能够实现对电磁波的高效、宽频吸收.简要讨论了电磁吸波机理，综述了近年来石墨烯基吸波材料的研究现状，并对其未来研究方向进行展望.     

制备方法和条件对ITO粉体吸波性能的影响

分别采用化学共沉淀法和水热-煅烧法制备ITO粉体,并通过测定所得ITO粉体在8～12 GHz频率段的微波吸收率,考察制备条件和制备方法对ITO粉体微波吸收性能的影响。研究表明,采用水热-煅烧法制得的ITO粉体微波吸收性能优于化学共沉淀法得到的ITO粉体微波吸收性能,最大吸收率可达-34 dB,频宽为8.8～10.5 GHz。水热-煅烧法中,水热反应温度影响ITO粉体的微波吸收性能,随水热反应温度的增加,微波吸收率先增大后降低;随煅烧温度的增加,ITO粉体微波吸收率下降。     

Microwave absorption properties of SiC@SiO_2@Fe_3O_4 hybrids in the 2–18 GHz range

To enhance the microwave absorption performance of silicon carbide nanowires(SiCNWs), SiO_2 nanoshells with a thickness of approximately 2 nm and Fe_3O_4 nanoparticles were grown on the surface of SiCNWs to form SiC@SiO_2@Fe_3O_4 hybrids. The microwave absorption performance of the SiC@SiO_2@Fe_3O_4 hybrids with different thicknesses was investigated in the frequency range from 2 to 18 GHz using a free-space antenna-based system. The results indicate that SiC@SiO_2@Fe_3O_4 hybrids exhibit improved microwave absorption. In particular, in the case of an SiC@SiO_2 to iron(III) acetylacetonate mass ratio of 1:3, the microwave absorption with an absorber of 2-mm thickness exhibited a minimum reflection loss of-39.58 d B at 12.24 GHz. With respect to the enhanced microwave absorption mechanism, the Fe_3O_4 nanoparticles coated on SiC@SiO_2 nanowires are proposed to balance the permeability and permittivity of the materials, contributing to the microwave attenuation.     

Microwave absorption properties of SiC@SiO2@Fe3O4 hybrids in the 2–18 GHz range

To enhance the microwave absorption performance of silicon carbide nanowires (SiCNWs), SiO2 nanoshells with a thickness of approximately 2 nm and Fe3O4 nanoparticles were grown on the surface of SiCNWs to form SiC@SiO2@Fe3O4 hybrids. The microwave absorption performance of the SiC@SiO2@Fe3O4 hybrids with different thicknesses was investigated in the frequency range from 2 to 18 GHz using a free-space antenna-based system. The results indicate that SiC@SiO2@Fe3O4 hybrids exhibit improved microwave absorption. In particular, in the case of an SiC@SiO2 to iron(III) acetylacetonate mass ratio of 1:3,themicrowave absorption with an absorber of 2-mm thickness exhibited a minimum reflection loss of?39.58 dB at 12.24 GHz. With respect to the enhanced microwave absorption mechanism, the Fe3O4 nanoparticles coated on SiC@SiO2 nanowires are proposed to balance the permeability and permittivity of the materials, contributing to the microwave attenuation.     

纳米Fe含量对Fe/环氧树脂复合材料吸波性能的影响

为有效防止家用电器的杂散电磁辐射对人体的危害，设计并制备了纳米Fe颗粒增强环氧树脂基复合材料，本文介绍了该复合材料的设计原理，纳米Fe粉的粒径分布和复合材料的制备工艺，并对其微波吸收行为进行了探讨，研究表明，纳米Fe颗粒增强环氧树脂基复合材料具有良好的吸波功效，吸波规律与Fe粉添加量有关系，随Fe粉含量增加，吸波效率增大，但到达一个峰值时又回落，中间有一最佳值。需进一步研究其它吸波介质和复合介质的电磁匹配参数。     

双控制场四能级系统的吸收与色散特性

通过求解准∧-型四能级系统的密度矩阵方程,研究微波场和耦合场对探测场吸收和色散性质的影响．当微波场和探测场作用于该能级系统中时,随着微波场拉比频率的增大,使得探测场共振频率处的吸收逐渐减弱,此位置处的色散特性也随拉比频率的增加由反常色散转变为正常色散．当微波场与耦合场均为强场时,通过不同的组合方式,研究探测场的吸收和色散性质．     

Synthesis of CuS nanoparticles decorated Ti_3C_2T_x MXene with enhanced microwave absorption performance

MXene,a novel two-dimensional (2D) multi-layer material,has drawn unusual interest as the microwave absorbers for electromagnetic energy attenuation.Synthetic MXene-based heterostructure composites via optimizing structure is an effective strategy to endow MXene materials with high-performance microwave absorption.This study reports the fabrication and investigation of the microwave absorption performance of a sandwich-like CuS/Ti_3C_2T_xMXene composites prepared by loading CuS nanoparticles onto 2D Ti_3C_2T_xvia a solvothermal method.The morphology and electromagnetic absorption properties of this composite were investigated and the results demonstrated that the CuS/Ti_3C_2T_xcomposite with a heterolayered architecture displayed superior microwave absorption ability.With a 35 wt%filler loading in the paraffin matrix,the minimum reflection loss value reached-45.3 dB at a frequency of 7.3 GHz and the effective absorption bandwidth achieved a value as high as 5.2 GHz with a thickness of 2.0 mm.The enhanced microwave absorption performances can be ascribed to the cooperation of the conductive network,interface polarization,dipole polarization,multiple reflection and scattering.Therefore,the synthesized CuS/Ti_3C_2T_xMXene composites offer an efficient foundation for the design and utilization of other lightweight microwave absorbers.     

特殊形貌纳米氧化锌的吸波性能研究

纳米ZnO作为一种新型吸波材料受到广泛关注,但对非c轴生长的ZnO纳米结构材料的吸波性能还缺乏系统研究.为了探讨ZnO纳米晶体的形貌对其吸波性能的影响,在熔盐、类离子液体等强极性介质中,合成了枝晶状、片状、锥状等非c轴生长的ZnO纳米结构材料,用XRD、SEM、TEM等对其物相、形貌进行了表征,对不同形貌的ZnO纳米结构材料的电磁性能与吸波性能进行了系统的分析,并与商品ZnO微粉的吸波性能进行了比较.结果表明,ZnO纳米片的吸波效果较好.复合了磁性材料后,ZnO的吸波性能有明显提高.     

碳纳米管中氢等离子体的介电特性及微波吸收机理研究

运用双流体理论和唯象模型,导出了碳纳米管中氢等离子体的复介电常数和微波吸收系数,构建了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中氢等离子体的微波吸收模型,从理论上证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是其主要微波吸收机理,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管对2.45 GHz的微波产生强烈吸收的物理机制.     

掺杂铈对锰锌铁氧体微波吸收特性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了粒状锰锌铁氧体，对其掺杂稀土铈后．得到含铈的锰锌铁氧体Mn0.2Zn0.8Fe2-xCexO4(x=0，0．01,0．03，0．07),并研究了它们的吸波性能,结果表明,锰锌铁氧体在微波段具有很好的吸波性能，掺杂3mol％(x=0．03)铈能提高其吸波效率。     

La1-xCexMnO3凝胶晶化过程与微波吸收性能

用溶胶—凝胶法制备了La1-xCex MnO3粉体,根据DSC-TGA、FT-IR、XRD分析了样品的晶化过程,用圆柱体法测试了样品的室温电阻率,用微波网络分析仪测试样品的微波吸收性能.结果表明,样品凝胶在煅烧时经过脱水、剧烈分解、逐渐晶化等过程,900℃左右形成稳定的钙钛矿结构并伴有少量CeO2杂相;室温电阻率处于半导体范围,且随掺杂量x增加而减小;样品厚度为2.2 mm、x=0.4时,13.2 GHz频率位置处微波吸收峰值为27 dB,10 dB频宽为3.2 GHz.分析认为,合适的电阻率、钙钛矿晶体极化驰豫及共振、铁磁团簇转向及共振是材料具有良好微波吸收性能的原因.