納米鐵氧體吸波材料講述

納米鐵氧體吸波材料講述第1頁/共19頁第2頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料納米鐵氧體吸波材料簡介1納米鐵氧體吸波材料制備2納米鐵氧體吸波材料應(yīng)用3納米鐵氧體吸波材料發(fā)展趨勢4第3頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料簡介吸波原理鐵氧體吸波材料

吸波材料吸收或衰減入射的電磁波，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而耗散掉。吸波材料一般由基體材料（黏結(jié)劑）與吸收介質(zhì)（吸收劑）復(fù)合而成。

鐵氧體是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的吸波材料，屬于亞鐵磁性材料。在高頻下有較高的磁導(dǎo)率，且電阻率較大，電磁波容易進入并快速衰減，被廣泛應(yīng)用在雷達吸波材料領(lǐng)域。按照微觀結(jié)構(gòu)不同，可以分為立方晶系尖晶石型、稀土石榴石型和六角晶系磁鉛石型3

種主要系列，均可作為吸波材料。不足之處是密度大，溫度適應(yīng)性差，頻帶窄。第4頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料簡介尖晶石鐵氧體(Fe3O4)石榴石鐵氧體(Y3Fe5O12)磁鉛石型鐵氧體(BaFe12O19)第5頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料簡介納米吸波材料納米吸波材料（由顆粒組元和界面組元組成）獨特的結(jié)構(gòu)使其自身具有量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和界面效應(yīng)等性質(zhì)。

相對于常規(guī)材料，納米材料的界面組元所占比例大、納米顆粒表面原子比例高，不飽和鍵和懸掛鍵多，大量懸掛鍵的存在是界面極化，吸收頻帶展寬；納米材料量子尺寸效應(yīng)使電子能級分裂，分裂的能級間距正處于微波的能量范圍（〖10〗^(?2)?????〖10〗^(?4)????），為納米材料創(chuàng)造了新的吸收通道；納米材料中的原子和電子在微波場的輻照下，運動加劇，增加電磁能轉(zhuǎn)化為熱能的效率，從而提高對電磁波的吸收性能，并兼有透波、衰減和偏振等多種功能。納米材料具有優(yōu)異的吸波性能，兼?zhèn)淞藢掝l帶兼容性好、質(zhì)量輕、厚度薄等特點。（如：美國研制出“超黑粉”納米吸波材料，對雷達波吸收率達99%。）

第6頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料簡介納米鐵氧體吸波材料

納米鐵氧體(Fe3O4)鐵氧體的納米化，使其同時兼有納米材料和鐵氧體材料的吸波性能。納米鐵氧體是雙復(fù)介質(zhì)，既具有一般介質(zhì)材料的歐姆損耗、極化損耗、離子和電子共振損耗，又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。

單一鐵氧體制成的吸波材料，難以滿足吸收頻帶寬、質(zhì)量輕、厚度薄的要求，通常在鐵氧體微粉中加入一些添加劑組成復(fù)合吸收劑，可使電磁參數(shù)得到較好匹配。如：鐵氧體納米復(fù)合材料多層膜在7～17GHz頻率段的峰值吸收為－40dB，小于－10dB的頻寬為2GHz。

復(fù)合鐵氧體納米吸波劑不僅吸波性能優(yōu)異，而且還兼有抑制紅外輻射等多種功能。第7頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料制備物理法化學(xué)法

高能機械球磨法、機械粉碎法、火花爆炸法等。

用物理方法制備的樣品、產(chǎn)品純度低、顆粒分布不均勻,易被氧化,且很難制備出10nm以下的納米微粒,所以在工業(yè)生產(chǎn)和試驗中很少被采納。化學(xué)共沉淀法溶膠-凝膠法水熱合成法微乳液法第8頁/共19頁溶膠-凝膠（S0l--Gel）法（最常用）原理日本科學(xué)家Sugimoto等于上世紀90年代發(fā)展起來的一種液相制備單分散金屬氧化物顆粒的新工藝。將金屬有機或無機化合物經(jīng)溶液制得溶膠，溶膠在一定的條件下(如加熱)脫水時，具有流動性的溶膠逐漸變粘稠，成為略顯彈性的固體凝膠，再將凝膠干燥，焙燒得到納米級產(chǎn)物。流程用聚乙二醇（PEG）凝膠法制備了Ba（Zn1xCox）Fe16O27復(fù)合氧化物納米材料。第9頁/共19頁溶膠-凝膠（S0l--Gel）法（最常用）分類問題原料金屬醇鹽成本較高；有機溶劑對人體有一定的危害性；整個溶膠一凝膠過程所需時間較長（常需要幾天或幾周）；存在殘留小孔洞；存在殘留的碳；在干燥過程中會逸出氣體及有機物，并產(chǎn)生收縮。優(yōu)點按產(chǎn)生溶膠一凝膠的機制分為：傳統(tǒng)膠束型無機聚合物型絡(luò)合物型溶膠一凝膠體系中組分的擴散在納米范圍內(nèi)，易在溫和的反應(yīng)條件下進行；通過控制反應(yīng)條件和各組分的比率，可對材料的電磁參數(shù)進行調(diào)整;均勻度、純度高(均勻性可達分子或原子水平);易實現(xiàn)均勻摻雜；工藝簡單，不需要昂貴的設(shè)備等。第10頁/共19頁化學(xué)共沉淀法原理優(yōu)點

流程

通過溶液中的各種化學(xué)反應(yīng)直接得到化學(xué)成分均一的納米粉體材料；容易制備粒度小而且分布均勻的納米粉體材料

。第11頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料制備微乳液法微乳液是由油、水、表面活性劑有時存在助表面活性劑組成的透明、各向同性、低黏度的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。其中不溶于水的非極性物質(zhì)作為分散介質(zhì),反應(yīng)物水溶液為分散相,表面活性劑為乳化劑,形成油包水型或水包油微乳液。水熱法其他制備方法

在密閉高壓釜內(nèi)的高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境中,采用水作為反應(yīng)介質(zhì),使通常難溶或不溶的前驅(qū)體溶解,從而使其反應(yīng)結(jié)晶。水解法、多元醇還原法、前驅(qū)體熱分解法、溶劑熱法。近幾年來溶膠一凝膠法與自蔓延高溫合成法相結(jié)合的自蔓延溶膠一凝膠法是發(fā)展起來的一種新的制備納米復(fù)合粉末方法，該法充分利用了自蔓延一次合成和溶膠一凝膠法的優(yōu)勢，制備的粉末不需要再進行高溫熱處理。第12頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料應(yīng)用飛行器用隱身材料

TR-1高空偵察機采用鐵氧體吸波涂層（六角晶系鐵氧體納米晶），但氧化鐵只是用于250???以下，而飛行器在飛行時與空氣摩擦產(chǎn)生高溫，因此西方國家研制除了鋰鎘鐵氧體、鎳鎘鐵氧體等新型鐵氧體材料。

ASM-3空對艦導(dǎo)彈上應(yīng)用含鐵氧體的玻璃鋼材料，其隱身性能大為提高。同樣，在地面坦克裝甲車輛、海上艦船、水雷等方面也有應(yīng)用。TR-1高空偵察機ASM-3空對艦導(dǎo)彈第13頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料應(yīng)用微波暗室（吸波室）

微波暗室采用吸波材料和金屬屏蔽體組建，制造一個封閉的純凈的電磁環(huán)境以排除外界電磁干擾。在暗室內(nèi)做天線、雷達等無線通訊產(chǎn)品和電子產(chǎn)品測試可以免受雜波干擾，提高被測設(shè)備的測試精度和效率。在測試電子產(chǎn)品電磁兼容性時，由于頻率過低會采用鐵氧體吸波材料。第14頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料應(yīng)用抗電磁輻射

目前，市場上的防護服、防護屏等是通過反射入射波達到防護的目的，這樣會造成二次反射電磁污染。

若利用納米鐵氧體吸波材料涂層制作防護裝置，則可減少二次電磁污染及減輕電磁輻射對人體造成的危害。具有吸波性能且不產(chǎn)生二次反射的防裝置的研究尚處于起步階段。電磁輻射防護服電磁輻射防護屏第15頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料應(yīng)用微波通訊防電磁污染防電磁干擾高速CPU及高速信號線第16頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料發(fā)展趨勢復(fù)合化：納米鐵氧體吸波材料與其它納米或微米吸波材料復(fù)合,制成納米復(fù)合鐵氧體吸波材料,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,則能拓寬吸收頻帶、提高吸波性能,從而滿足實際應(yīng)用上對吸波材料“薄、輕、寬、強”的要求。如鐵磁性Mn一Zn，Ni一Zn鐵氧體。復(fù)合化能夠極大地提高吸波性能。可采用有機一無機納米復(fù)合技術(shù)，能夠很方便地調(diào)節(jié)復(fù)合物的電磁參數(shù)以達到阻抗匹配的要求，且可以大大減輕質(zhì)量，有望成為今后吸波材料研究與發(fā)展的重點方向。寬頻化：目前的反雷達探測隱身技術(shù)主要是針對厘米雷達波，覆蓋的頻率有限。要求材料具備寬頻帶特性，即用同一材料對抗多波段電磁波的探測。第17頁/共19頁納米鐵氧體吸波材料發(fā)展趨勢低維化：

為探索新的吸收機理和進一步提高吸波性能，納