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  ArchLord2國服 2013-12-13 00:00:00

  納米吸波復(fù)合材料的研究與 發(fā)展趨勢 吸波復(fù)合材料主要是應(yīng)用在飛機(jī)，坦克等表面 來降低其被探測和摧毀的概率，提高目標(biāo)的生存能 力。吸波復(fù)合材料是一類功能復(fù)合材料，它能吸收投 射到它表面的電磁波能量，并通過材料的介質(zhì)損耗 使電磁波能量轉(zhuǎn)變成熱能或其它形式的能量_1]。吸 波復(fù)合材料是由功能體(吸收劑)和基體組成。當(dāng)吸 波復(fù)合材料中的功能體為納米量級時(shí)，吸波復(fù)合材 料將產(chǎn)生不同于常規(guī)材料的吸波性能。在已公開報(bào) 道的納米吸波復(fù)合材料中，性能比較突出的是美國 研制的“超黑粉”納米吸波復(fù)合材料_2J，它實(shí)質(zhì)上就 是以納米石墨為功能體的石墨一熱塑性復(fù)合材料和 石墨環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。 納米吸波復(fù)合材料之所以具有不同尋常的吸波 性能是因?yàn)榧{米材料的特殊結(jié)構(gòu)引起的口]。一方面， 納米微粒尺寸為1～100 nm，遠(yuǎn)小于雷達(dá)發(fā)射的電 磁波波長，對電磁波的透過率大大高于常規(guī)材料，這 就大大降低了電磁波的反射率；另一方面，納米微粒 材料的比表面積比常規(guī)微粒大3～4個(gè)數(shù)量級，對電 磁波和紅外光波的吸收率也比常規(guī)材料高得多。此 外，隨著顆粒的細(xì)化，顆粒的表面效應(yīng)和量子尺寸效 應(yīng)變得突出，顆粒的界面極化和多重散射成為重要 的吸波機(jī)制，量子尺寸效應(yīng)使納米顆粒的電子能級 發(fā)生分裂，其間隔正處于微波能量范圍(10 ～10 eV從而形成新的吸波通道_|J。 吸波復(fù)合材料按其應(yīng)用形式可分為涂敷型吸波 復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料。 1 涂敷型吸波復(fù)合材料 納米鐵氧體吸波復(fù)合材料_5。o] 鐵氧體吸波復(fù)合材料是既有一定介電常數(shù)和介 電損耗，又有一定磁導(dǎo)率和磁損耗的雙復(fù)介質(zhì)。它除 有電子共振損耗外，還具有鐵氧體特有的疇壁共振 損耗、磁矩自然共振損耗和粒子共振損耗等特性。其 作用機(jī)理可概括為鐵氧體對電磁波的磁損耗和介電 損耗。 23(5)：796—800． [37] 李華，Bocaz—Beneventi G，Have J．計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化 學(xué)_J]，2002，1 9(3)：296—297． [38] 熊少祥，李建軍，程介克．分析測試學(xué)報(bào)EJ3，1996，15 (3)：69—73． 將鐵氧體納米顆粒與聚合物復(fù)合而成的納米復(fù) 合吸波材料能有效吸收和衰減電磁波和聲波，被認(rèn) 為是一種極好的吸波材料。鐵氧體納米復(fù)合材料多 層膜在7～17 GHz的頻率段內(nèi)的峰值吸收為一4O dB，小于一lO dB的頻寬為2GHz_l 。王國強(qiáng)等人對 比了納米鐵氧體／導(dǎo)電聚合物復(fù)合吸波材料和非納 米鐵氧體／導(dǎo)電聚合物復(fù)合吸波材料的吸波性能。實(shí) 驗(yàn)結(jié)果表明，在8～12 GHz的頻段內(nèi)，納米吸波復(fù) 合材料的吸收率均高于非納米吸波復(fù)合材料_1引。 鐵氧體吸波復(fù)合材料的研究ZD在于如何通過 調(diào)整材料本身的化學(xué)組成、粒徑及其分布、粒子形貌 及分散性等來提高復(fù)合材料損耗特性和降低其密 度。美國已研制出一系列薄層狀鐵氧體吸波復(fù)合涂 料，并成功應(yīng)用于F一117A戰(zhàn)斗機(jī)。 納米金屬粉吸波復(fù)合材料_l ?? 從金屬的電子能級躍遷、原子相對振動(dòng)的光學(xué) 波、原子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級和原子磁能級的分析可以看出， 具有磁性的金屬超細(xì)顆粒與電磁波有強(qiáng)烈的相互作 用，具備大量吸收電磁波能量的條件_l 。 納米金屬粉吸波復(fù)合材料具有微波磁導(dǎo)率較 高、溫度穩(wěn)定性好(居里溫度高達(dá)770 K)等突出優(yōu) 點(diǎn)，己得到了廣泛應(yīng)用。納米金屬粉吸波復(fù)合材料主 要包括羰基納米金屬粉復(fù)合材料和納米磁性金屬粉 復(fù)合材料兩類。其中羰基納米金屬粉主要包括羰基 Fe、羰基Ni和羰基Co等：納米磁性金屬粉主要包 括Co、Ni、CoNi和FeNi等。 陳利民等人[1副制備了高抗氧化能力的納米金 屬吸波復(fù)合材料y一(Fe，Ni)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料 在厘米波和毫米波波段均有較好的吸波性能。法國 科學(xué)家Z新研制成功了一種由CoNi納米金屬合金 粉與絕緣層構(gòu)成的復(fù)合材料。將該材料與粘合劑復(fù) 合而成的吸波復(fù)合材料的電阻率高于5 Q??cm，在 50 MHz～50 GHz的頻率范圍內(nèi)具有良好吸波性 能 引。 納米有機(jī)聚合物吸波復(fù)合材料 作為功能體的導(dǎo)電聚合物主要包括聚乙炔、聚 苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其主要的吸波機(jī)理是：利用 某些具有共軛主鏈的高分子聚合物，通過化學(xué)或電 化學(xué)方法與摻雜劑進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移作用來設(shè)計(jì)其導(dǎo)電 結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和電磁損耗，從而吸收雷達(dá)波。 將不同種類的無機(jī)納米相與有機(jī)聚合物復(fù)合可 以制成強(qiáng)吸收的電阻損耗型、介電損耗型、磁損耗型 納米吸波復(fù)合材料。比如，將碳納米管與聚合物復(fù)合 能形成一種性能優(yōu)良的電阻型寬帶吸波復(fù)合材料。 因?yàn)樘技{米管具有良好的導(dǎo)電性，引入到聚合物中 不僅可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，而且對復(fù)合材料有增強(qiáng)作用， 比常規(guī)的炭黑、石墨填充到聚合物中的吸波性能強(qiáng) 得多。 結(jié)構(gòu)型納米吸波復(fù)合材料n。 們 結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料既能吸波，又能承載，具有 頻率寬、效率高、不增加消極重量等優(yōu)點(diǎn)。目前結(jié)構(gòu) 型吸波復(fù)合材料主要有兩大類：蜂窩夾層型吸波復(fù) 合材料和層壓平板型吸波復(fù)合材料口 。。]。 下面主要研究作為功能體的結(jié)構(gòu)型納米復(fù)合材 料的特點(diǎn)與應(yīng)用。 納米SiC吸波復(fù)合材料lL2 。 SiC功能體具有密度小、耐高溫性能好和吸收 頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，但常規(guī)制備的SiC吸收效率較低，不 能直接作為吸波復(fù)合材料的功能體。因此，必須對 SiC進(jìn)行一定的處理以提高其吸收效率。一般采取 以下兩種處理方法：提高SiC的純度和對其進(jìn)行有 控制的摻雜。日本利用高純度的原料，制得了純度極 高的SiC粉體。前蘇聯(lián)曾用摻雜的方法提高了SiC 的吸波性能。 此外，還可以采用多層復(fù)合的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改 進(jìn)。日本用二氧化碳激光法制備出了具有優(yōu)良吸波 性能的Si／C／N 和Si／C／N／O 吸波復(fù)合材料 。 Z新的研究結(jié)果表明，Si／C／N和Si／C／N／O納米吸 波復(fù)合材料在毫米波段和厘米波段均有優(yōu)良的吸波 性能。 納米SiC纖維吸波復(fù)合材料 SiC系列纖維具有強(qiáng)度高、模量高、熱膨脹系數(shù) 低、電阻率可調(diào)節(jié)等特性和耐高溫氧化直徑小、易于 編織等特點(diǎn)，是高性能復(fù)合材料的理想增強(qiáng)劑。由于 常規(guī)SiC纖維的電阻率分布在10?！?0 Q ??C1TI的 范圍內(nèi)，而其電阻率在10 ～10。Q??C1TI范圍內(nèi)才具 備較好的吸波效果。因此，SiC纖維必須用適當(dāng)?shù)奶?理來調(diào)節(jié)其電阻率。一般采用的方法為高溫處理法 和摻雜異元素法。 王 軍等人L2 制備出力學(xué)性能良好、電阻率連 續(xù)可調(diào)的納米SiC／Ti復(fù)合纖維。將這種纖維與環(huán)氧 樹脂復(fù)合后可得到具有良好的吸波性能的結(jié)構(gòu)型吸 波復(fù)合材料。 前景展望 針對吸波材料“薄、輕、寬、強(qiáng)”等性能方面的更 高要求，需要首先研制出具有吸波性能的納米粉體， 然后根據(jù)具體要求將不同種類的納米粉體進(jìn)行各種 形式的復(fù)合以獲得Z佳吸波性能。在先進(jìn)復(fù)合材料 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的既能隱身又能承載的結(jié)構(gòu)型吸波 復(fù)合材料，是當(dāng)今吸波復(fù)合材料的主要發(fā)展方向。其 關(guān)鍵技術(shù)主要包括復(fù)合材料層板的研制、介電性能 的設(shè)計(jì)匹配、有“吸、透、散”等功能的夾芯材料的研 制與設(shè)計(jì)及諸因素的優(yōu)化組合匹配等。 隨著先進(jìn)探測器的相繼問世，吸波復(fù)合材料必 將發(fā)展成能兼容米波、厘米波、毫米波、紅外和激光 等多波段的吸波復(fù)合材料。

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