吸波材料的制备及其研究方法课件.ppt

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1、2016年5月13日吸波材料的制备方法及吸波材料的制备方法及应用应用目目录吸波材料研究背景吸波材料研究背景吸波材料的分吸波材料的分类吸波材料的制吸波材料的制备方法方法吸波材料与涂料的吸波材料与涂料的结合合应用用 随着科学技随着科学技术和和电子工子工业的告的告诉发展，各种数字化，高展，各种数字化，高频化的化的电子子电器器设备如如计算机、无算机、无线电通通讯设备等等不断的普及不断的普及应用，它用，它们在工作室的在工作室的电影迅速影迅速变化，向空化，向空间辐射了大量不同射了大量不同波波长和和频率的率的电磁磁污染（染（EMI），），电磁磁污染越来越染越来越严重，重，电磁磁辐射已成射已成为继大气大气污染

2、、水染、水污染后又一大染后又一大严重重污染。染。研究背景研究背景研究背景研究背景 军用科技领域，探测技术(雷达、红外等)与武器装备的隐身技术之间的相互斗法，也促进了宽频带高吸收率吸波材料的研究。武器方面，吸波材料和涂料技术直接的联系也更为紧密一些。吸波材料吸波材料的定义吸波材料是一种使入射电磁波最大限度地进入到材料内部，并且能够有效吸收衰减入射电磁波，将其转化成热能等其它形式的能量而损耗掉或使电磁波因干涉而消失的一种功能材料。理想的吸波材料应具有吸收频带宽、质量轻、厚度薄、机械性能好、使用简便等特点。薄、轻、宽、强非非隐身材料与身材料与隐身材料比身材料比较示意示意图 雷达依据目雷达依据目标反射

3、的反射的电磁波来跟踪目磁波来跟踪目标。根据反射信号的。根据反射信号的强弱、方位、弱、方位、时间等信息可等信息可计算出算出敌方目方目标的方位、运的方位、运动速度等。速度等。目目标的反射信号越的反射信号越强，雷达就越容易探，雷达就越容易探测到目到目标。雷达。雷达隐身材料身材料（也称（也称吸波材料吸波材料）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到波，从而达到隐身的目的。吸波材料主要是通身的目的。吸波材料主要是通过电磁能磁能转化化为热能而耗散或者使能而耗散或者使电磁波因干涉而抵消。磁波因干涉而抵消。吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：1）电阻型

4、损耗，此类吸收机制和材料的导电率有关的电阻性损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转化成为热能。分分类吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：2）电介质损耗，它是一类和电极有关的介质损耗吸收机制，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等。分分类吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：3）磁损耗，此类吸收机制是一类和铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应等

5、，其主要来源是和磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。此外，最新的纳米材料微波损耗机制是如今吸波材料分析的一大热点分分类 吸吸 波波 材材 料料 的的 分分 类类分类分类2涂覆型涂覆型涂料涂料(如铁氧体如铁氧体)结构型结构型 碳纤维骨架和碳基体碳纤维骨架和碳基体（碳粒、碳化硅粉等）（碳粒、碳化硅粉等）组成的复合材料组成的复合材料贴片（塑料、橡胶贴片（塑料、橡胶和陶瓷）和陶瓷）将将将将吸吸吸吸波波波波涂涂涂涂料料料料分分分分散散散散在在在在有有有有机机机机高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料的的的的黏黏黏黏结结结结剂剂剂剂中中中中，同同同同时时时时加加加加入入入入一一一一些些

6、些些其其其其它它它它附附附附加加加加物物物物，采采采采用用用用涂涂涂涂刷刷刷刷或或或或喷喷喷喷涂涂涂涂方方方方法法法法加加加加工工工工，经经经经常常常常温温温温固固固固化化化化形形形形成成成成涂涂涂涂层层层层结结结结构构构构。该该该该涂涂涂涂层层层层适适适适用用用用于于于于复复复复杂杂杂杂曲曲曲曲面面面面形形形形体体体体，且且且且耐耐耐耐候候候候性性性性及及及及综综综综合合合合机机机机械械械械性性性性能能能能良良良良好好好好。涂涂涂涂敷敷敷敷型型型型吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料工工工工艺艺艺艺简简简简单单单单、使使使使用方便、容易调节。用方便、容易调节。用方便、容易调节。用方便、容易调节。

7、涂涂 敷敷 型型 吸吸 波波 材材 料料(1)(1)(1)(1)铁氧体吸波涂料：铁氧体吸波涂料：铁氧体吸波涂料：铁氧体吸波涂料：是把是把是把是把铁氧体铁氧体铁氧体铁氧体分散在有机高分子材料的黏结剂中，同时还加入一分散在有机高分子材料的黏结剂中，同时还加入一分散在有机高分子材料的黏结剂中，同时还加入一分散在有机高分子材料的黏结剂中，同时还加入一些其它附加物。铁氧体可分为些其它附加物。铁氧体可分为些其它附加物。铁氧体可分为些其它附加物。铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型尖晶石型、石榴石型和磁铅石型尖晶石型、石榴石型和磁铅石型尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。自然共振自然共振自然共振自然共振是铁氧

8、体是铁氧体是铁氧体是铁氧体吸收电磁波的主要机制。自然共振是指铁氧体在不加外恒磁场的情况下，由入射的吸收电磁波的主要机制。自然共振是指铁氧体在不加外恒磁场的情况下，由入射的吸收电磁波的主要机制。自然共振是指铁氧体在不加外恒磁场的情况下，由入射的吸收电磁波的主要机制。自然共振是指铁氧体在不加外恒磁场的情况下，由入射的交变磁场和晶体的磁性各向异性等共同作用产生的共振。由于铁氧体既是磁介质又交变磁场和晶体的磁性各向异性等共同作用产生的共振。由于铁氧体既是磁介质又交变磁场和晶体的磁性各向异性等共同作用产生的共振。由于铁氧体既是磁介质又交变磁场和晶体的磁性各向异性等共同作用产生的共振。由于铁氧体既是磁介质

9、又是电介质，具有是电介质，具有是电介质，具有是电介质，具有磁吸收磁吸收磁吸收磁吸收和和和和电吸收电吸收电吸收电吸收两种功能，是性能极佳的吸波材料，与其它吸波材两种功能，是性能极佳的吸波材料，与其它吸波材两种功能，是性能极佳的吸波材料，与其它吸波材两种功能，是性能极佳的吸波材料，与其它吸波材料相比，它还具有体积小、吸波效果好、成本低的特点。但它也具有密度大、高温料相比，它还具有体积小、吸波效果好、成本低的特点。但它也具有密度大、高温料相比，它还具有体积小、吸波效果好、成本低的特点。但它也具有密度大、高温料相比，它还具有体积小、吸波效果好、成本低的特点。但它也具有密度大、高温特性差等缺点。特性差等

10、缺点。特性差等缺点。特性差等缺点。(2)(2)(2)(2)超超超超微微微微磁磁磁磁性性性性金金金金属属属属粉粉粉粉：磁磁磁磁性性性性金金金金属属属属、合合合合金金金金粉粉粉粉末末末末具具具具有有有有温温温温度度度度稳稳稳稳定定定定性性性性能能能能好好好好，磁磁磁磁导导导导率率率率、介介介介电电电电常常常常数数数数大大大大，电电电电磁磁磁磁损损损损耗耗耗耗大大大大，有有有有利利利利于于于于达达达达到到到到阻阻阻阻抗抗抗抗匹匹匹匹配配配配和和和和展展展展宽宽宽宽吸吸吸吸收收收收频频频频带带带带等等等等优优优优点点点点，是是是是其其其其成成成成吸吸吸吸收收收收材材材材料料料料的的的的主主主主要要要要

11、发发发发展展展展方方方方向向向向。而而而而超超超超微微微微磁磁磁磁性性性性金金金金属属属属粉粉粉粉材材材材料料料料就就就就是是是是将将将将超超超超细细细细磁磁磁磁性性性性金金金金属属属属粉粉粉粉末末末末与与与与高高高高分分分分子子子子黏黏黏黏结结结结剂剂剂剂复复复复合合合合而而而而成成成成，可可可可通通通通过过过过多多多多相相相相超超超超细细细细磁磁磁磁性性性性金金金金属属属属粉粉粉粉末末末末的的的的混混混混合合合合比比比比例例例例等等等等调调调调节节节节电电电电磁磁磁磁参参参参数数数数，达达达达到到到到较较较较为为为为理理理理想想想想的的的的吸吸吸吸波波波波效效效效果果果果。金金金金属属属属

12、微微微微粉粉粉粉吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料主主主主要要要要有有有有两两两两类类类类：一一一一是是是是羰羰羰羰基基基基金金金金属属属属微微微微粉粉粉粉吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料；二二二二是是是是通通通通过过过过蒸蒸蒸蒸发发发发、还还还还原原原原、有有有有机机机机醇醇醇醇盐盐盐盐等等等等工工工工艺艺艺艺得得得得到到到到的的的的磁磁磁磁性性性性金金金金属属属属微微微微粉粉粉粉吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料。金金金金属属属属微微微微粉粉粉粉吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料微微微微波波波波磁磁磁磁导导导导率率率率较较较较高高高高、温温温温度度度度稳稳稳稳定定定定性性性性好好好好，但但但但抗

13、抗抗抗氧氧氧氧化化化化、耐耐耐耐酸酸酸酸碱碱碱碱能能能能力力力力差差差差，远远远远不不不不如如如如铁铁铁铁氧氧氧氧体体体体；介介介介电电电电常常常常数数数数较较较较大大大大且且且且频频频频谱特性差，低频段吸收性能较差；密度较大。谱特性差，低频段吸收性能较差；密度较大。谱特性差，低频段吸收性能较差；密度较大。谱特性差，低频段吸收性能较差；密度较大。(4)(4)(4)(4)磁磁磁磁纤纤纤纤维维维维吸吸吸吸波波波波涂涂涂涂层层层层：吸吸吸吸波波波波涂涂涂涂层层层层材材材材料料料料中中中中所所所所使使使使用用用用的的的的球球球球状状状状磁磁磁磁性性性性吸吸吸吸收收收收剂剂剂剂很很很很难难难难满满满满足

14、足足足装装装装备备备备对对对对吸吸吸吸波波波波涂涂涂涂层层层层的的的的苛苛苛苛刻刻刻刻要要要要求求求求。由由由由铁铁铁铁、镍镍镍镍、钴钴钴钴及及及及其其其其合合合合金金金金制制制制成成成成的的的的一一一一种种种种多多多多层层层层磁磁磁磁纤纤纤纤维维维维吸吸吸吸波波波波涂涂涂涂层层层层，其其其其中中中中纤纤纤纤维维维维可可可可通通通通过过过过多多多多种种种种吸吸吸吸波波波波机机机机制制制制来来来来损损损损耗耗耗耗微微微微波波波波能能能能量量量量，因因因因而而而而可可可可在在在在较较较较宽宽宽宽频频频频带带带带内内内内实实实实现现现现高高高高吸吸吸吸收收收收，且且且且重重重重量量量量可可可可减减减

15、减轻轻轻轻40-60%40-60%40-60%40-60%。其其其其中中中中，多多多多晶晶晶晶铁铁铁铁纤纤纤纤维维维维在在在在微微微微波波波波低低低低频频频频段段段段的的的的吸吸吸吸波波波波性性性性能能能能尤尤尤尤为突出。为突出。为突出。为突出。(5)(5)(5)(5)导导导导电电电电高高高高聚聚聚聚物物物物：导导导导电电电电高高高高聚聚聚聚物物物物具具具具有有有有共共共共轭轭轭轭电电电电子子子子的的的的线线线线形形形形或或或或平平平平面面面面形形形形构构构构型型型型与与与与高高高高分分分分子子子子电电电电荷荷荷荷转转转转移移移移给给给给络络络络合合合合物物物物的的的的作作作作用用用用，其其其

16、其电电电电导导导导率率率率可可可可在在在在绝绝绝绝缘缘缘缘体体体体、半半半半导导导导体体体体和和和和金金金金属属属属态态态态范范范范围围围围内内内内变变变变化化化化，电电电电磁磁磁磁参参参参量量量量依依依依赖赖赖赖于于于于高高高高聚聚聚聚物物物物的的的的主主主主链链链链结结结结构构构构、室室室室温温温温电电电电导导导导率率率率、掺杂剂性质、微观形貌、涂层厚度、涂层结构等。掺杂剂性质、微观形貌、涂层厚度、涂层结构等。掺杂剂性质、微观形貌、涂层厚度、涂层结构等。掺杂剂性质、微观形貌、涂层厚度、涂层结构等。(3)(3)(3)(3)纳米材料：纳米材料：纳米材料：纳米材料：材料组分特征尺寸在材料组分特征

17、尺寸在材料组分特征尺寸在材料组分特征尺寸在0.1-100nm0.1-100nm0.1-100nm0.1-100nm，它具有极好的吸波特性，频带宽、兼容性好、质量小，它具有极好的吸波特性，频带宽、兼容性好、质量小，它具有极好的吸波特性，频带宽、兼容性好、质量小，它具有极好的吸波特性，频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄，对电磁波的透射率及吸收率比微米级粉体要大得多。和厚度薄，对电磁波的透射率及吸收率比微米级粉体要大得多。和厚度薄，对电磁波的透射率及吸收率比微米级粉体要大得多。和厚度薄，对电磁波的透射率及吸收率比微米级粉体要大得多。(6)(6)(6)(6)手手手手性性性性吸吸吸吸波波波波材材材材料料料

18、料：手手手手性性性性是是是是指指指指一一一一种种种种物物物物质质质质与与与与其其其其镜镜镜镜像像像像不不不不存存存存在在在在几几几几何何何何对对对对称称称称性性性性，且且且且不不不不能能能能通通通通过过过过任任任任何何何何操操操操作作作作使使使使其其其其与与与与镜镜镜镜像像像像重重重重合合合合。而而而而手手手手性性性性吸吸吸吸波波波波涂涂涂涂层层层层是是是是在在在在基基基基体体体体树树树树脂脂脂脂中中中中掺掺掺掺和和和和一一一一种种种种或或或或多多多多种种种种具具具具有有有有不不不不同同同同特特特特性性性性参参参参数数数数的的的的手手手手性性性性媒媒媒媒质质质质构构构构成成成成。手手手手性性性

19、性材材材材料料料料具具具具有有有有双双双双各各各各向向向向同同同同性性性性的的的的特特特特性性性性，其其其其电电电电场场场场与与与与磁磁磁磁场场场场相相相相互互互互耦耦耦耦合合合合。在在在在实实实实际际际际应应应应用用用用中中中中主主主主要要要要有有有有两两两两类类类类手手手手性性性性物物物物体体体体：本本本本征征征征手手手手性性性性和和和和结结结结构构构构手手手手性性性性物物物物体体体体。本本本本征征征征手手手手性性性性物物物物体体体体本本本本身身身身的的的的几几几几何何何何形形形形状状状状即即即即具具具具有有有有手手手手性性性性，如如如如螺螺螺螺旋旋旋旋线线线线等等等等。目目目目前前前前研

20、研研研究究究究的的的的吸吸吸吸波波波波手手手手性性性性材材材材料料料料是是是是在在在在基基基基体体体体材材材材料料料料中中中中掺掺掺掺杂杂杂杂手手手手性性性性结结结结构物质构物质构物质构物质形成的结构手性复合材料。形成的结构手性复合材料。形成的结构手性复合材料。形成的结构手性复合材料。尽尽尽尽管管管管涂涂涂涂覆覆覆覆型型型型吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料已已已已得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用，但但但但其其其其频频频频带带带带窄窄窄窄、易易易易脱脱脱脱落落落落、涂涂涂涂层层层层厚厚厚厚、比比比比重重重重大大大大、使使使使部部部部件件件件增增增增重重重重大大大大等等等等。近近近

21、近年年年年来来来来，在在在在涂涂涂涂覆覆覆覆型型型型吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料基基基基础础础础上上上上发发发发展展展展了了了了结结结结构构构构型型型型吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料。它它它它既既既既有有有有高高高高的的的的结结结结构构构构强强强强度度度度，又又又又有有有有好好好好的的的的吸吸吸吸波波波波性性性性能能能能，而而而而且且且且在在在在一些条件下缓冲了厚度与重量上的矛盾。一些条件下缓冲了厚度与重量上的矛盾。一些条件下缓冲了厚度与重量上的矛盾。一些条件下缓冲了厚度与重量上的矛盾。结构型吸波材料结构型吸波材料 (1)(1)(1)(1)混混混混杂杂杂杂纱纱纱纱吸吸吸吸波波波波复复复复

22、合合合合材材材材料料料料：通通通通过过过过增增增增强强强强纤纤纤纤维维维维之之之之间间间间一一一一定定定定的的的的混混混混杂杂杂杂比比比比例例例例和和和和结结结结构构构构设设设设计计计计形形形形式式式式制制制制造造造造成成成成的的的的、满满满满足足足足特特特特殊殊殊殊性性性性能能能能要要要要求求求求或或或或综综综综合合合合性性性性能能能能较较较较好好好好的的的的复复复复合合合合材材材材料料料料。这这这这种种种种材材材材料料料料具具具具有有有有优优优优良良良良的的的的吸吸吸吸透透透透波波波波性性性性能能能能，又又又又兼兼兼兼具具具具复复复复合合合合材材材材料料料料重重重重量量量量轻轻轻轻、强强强

23、强度度度度大大大大、韧韧韧韧性性性性好好好好等等等等特特特特点点点点。作作作作为为为为制制制制造造造造隐隐隐隐身身身身飞飞飞飞机机机机机机机机身身身身、导导导导弹弹弹弹壳壳壳壳体体体体等部件，能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。等部件，能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。等部件，能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。等部件，能大大减少隐身飞行器雷达散射截面。(2)(2)(2)(2)陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷型型型型吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料：如如如如SiCSiCSiCSiC纤纤纤纤维维维维、AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3纤纤纤纤维维维维、SiSiSiSi3 3 3 3N N N

24、 N4 4 4 4纤纤纤纤维维维维吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料等等等等陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷型型型型吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料能能能能满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击的要求。满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击的要求。满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击的要求。满足在特殊情况下耐高温、高速热气流冲击的要求。(3)(3)(3)(3)C-C C-C C-C C-C 吸吸吸吸波波波波材材材材料料料料：能能能能很很很很好好好好的的的的减减减减少少少少红红红红外外外外信信信信号号号号和和和和雷雷雷雷达达达达信信信信号号号号。它它它它具具具具有有有有极极极极稳稳稳稳定定定定的的的的化化化化学

25、学学学键键键键，抗抗抗抗高高高高温温温温烧烧烧烧蚀蚀蚀蚀性性性性能能能能好好好好、强强强强度度度度高高高高、韧韧韧韧性性性性大大大大，还还还还具具具具有有有有优优优优良良良良的的的的吸吸吸吸波波波波性性性性能能能能。缺缺缺缺点点点点是是是是抗抗抗抗氧氧氧氧化化化化性性性性差差差差，在在在在氧化气氛下只能耐氧化气氛下只能耐氧化气氛下只能耐氧化气氛下只能耐400400400400，涂有，涂有，涂有，涂有SiCSiCSiCSiC抗氧化涂层的抗氧化涂层的抗氧化涂层的抗氧化涂层的C-CC-CC-CC-C材料抗氧化性能大大提高。材料抗氧化性能大大提高。材料抗氧化性能大大提高。材料抗氧化性能大大提高。以碳基

26、磁性吸波材料的制备为例吸波材料的制吸波材料的制备方法方法填充法向多孔碳材料中填充铁磁流体首先填充磁性前驱体，随后对前驱体进行还原得到相应的磁性物质碳基磁性吸波材料的制备方法模板法为了获得高品质的磁性碳基材料，研究者提出了模板法，即在受限空间内完成碳源的碳化和磁性物质的形成常用的模板还包括阳极氧化铝、聚合物和表面活性剂气相沉积法CVD法将包含沉积物的气源通入反应室，然后沉积在基体上形成涂层，是制备一维纳米材料最常用的手段许多课题组用CVD法制备纳米或微米磁性碳材料，可将Fe、Co和Ni等磁性金属粒子用碳进行包覆溶胶凝胶法该方法常被用来合成金属或金属氧化物与Si的纳米复合材料。通过类比，研究者用其

27、制备金属或金属氧化物与碳的混杂复合材料，可以控制产物的尺寸、形状、结构和性能溶胶凝胶法基于溶液中前驱体的羟基化和缩合，产物的质量可以通过改变溶剂、温度、前驱体浓度、pH和搅拌速率等参数来进行控制自组装法是指在没有外部引导的条件下，通过特定的局部反应，利用已有的无序系统部件形成有组织的结构纳米吸波材料新型吸波材料等离子体吸波材料电路模拟吸波材料新宠：以碳基磁性吸波材料的制备为例吸波材料与涂料的吸波材料与涂料的结合合应用用原理原理纳米米隐身涂料的基本身涂料的基本设计原理就是原理就是产生与背景一致生与背景一致的效果的效果。在可。在可见光下，光下，产生与背景一致的生与背景一致的颜色；在色；在电磁磁波波

28、辐照下，照下，产生与背景一致的反射波生与背景一致的反射波谱，使，使伪装目装目标与与背景色背景色调亮度一致或改亮度一致或改变形状。形状。隐身涂料身涂料还应该防止防止镜面反射，涂料均面反射，涂料均为无光或平光，光无光或平光，光泽最好在最好在10%以下。以下。纳米米隐身涂料分身涂料分类 纳米米隐身涂料以其适用范身涂料以其适用范围分分为：防可：防可见光光隐身涂料，身涂料，防防红外外线隐身涂料，防紫外身涂料，防紫外线隐身涂料，防雷达波身涂料，防雷达波隐身涂身涂料，防激光探料，防激光探测隐身涂料，以及防身涂料，以及防红外外线、可、可见光、雷达光、雷达波等波等多种多种谱段段隐身涂料身涂料。纳米米隐身涂料的身

29、涂料的发展展趋势 随着探随着探测和制和制导手段的不断手段的不断发展和完善，展和完善，对纳米米隐身涂料身涂料提出更高的要求。今后提出更高的要求。今后纳米米隐身涂料身涂料进行研究开行研究开发的内容有：的内容有：提高提高现有的有的纳米米隐身涂料的身涂料的伪装效果；装效果；进行适行适应各各类背景的背景的迷彩迷彩图案的案的设计研究；开研究；开发防中防中远红外外纳米米隐身涂料；开身涂料；开发能吸收声能吸收声纳波的防声波的防声纳波探波探测纳米米隐身涂料；开身涂料；开发可随可随环境境自自动变色的色的“变色色龙”纳米米隐身涂料；开身涂料；开发在多在多谱段均具有段均具有伪装作用的装作用的纳米米隐身涂料等等。身涂料等等。谢谢收看！