電磁屏蔽與吸波材料的研究應(yīng)用進(jìn)展

電磁屏蔽與吸波材料研究進(jìn)展摘要：闡述了研究電磁屏蔽材料和吸波材料重要性,分析了電磁屏蔽與吸波材料工作原理,綜述了電磁屏蔽材料與吸波材料國內(nèi)外研究進(jìn)展與應(yīng)用。核心詞：電磁屏蔽材料、吸波材料1引言隨著科學(xué)技術(shù)和電子工業(yè)發(fā)展,各種電子設(shè)備應(yīng)用日益增多,電磁波輻射已經(jīng)成為一種新社會(huì)公害。電磁波輻射導(dǎo)致電磁干擾不但會(huì)影響各種電子設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),并且對(duì)身體健康也有危害。特別是塑料制品對(duì)老式金屬材料代替，電磁屏蔽技術(shù)就顯得尤為重要了。據(jù)預(yù)計(jì),全世界電子電氣設(shè)備由于電磁干擾發(fā)生故障,每年導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾億美元?？茖W(xué)研究證明,人長期處在電磁波輻射環(huán)境中將嚴(yán)重?fù)p害身心健康。當(dāng)前廣播電視發(fā)射塔強(qiáng)電磁波輻射，都市電工、醫(yī)療射頻設(shè)備附近電磁輻射污染,移動(dòng)電話電磁波輻射等已經(jīng)引起人們廣泛關(guān)注。因而,世界上某些發(fā)達(dá)國家先后制定了電磁輻射原則和規(guī)定,如美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)制定了抗電磁干擾法規(guī)（FCC法）和“Tempest”技術(shù)原則,其中“FCC”規(guī)定不不大于1000HZ電子裝置規(guī)定屏蔽保護(hù),并持EMI/RFI合格證才容許投放市場；國內(nèi)在八十年代相繼制定了《環(huán)境電磁波衛(wèi)生原則》和《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》等有關(guān)法規(guī)；國際無線電抗干擾特別委員會(huì)（CISPR）也制定了抗電磁干擾CISPR國際原則,供各國參照?qǐng)?zhí)行。此外,當(dāng)代高科技戰(zhàn)爭中新型電子對(duì)抗技術(shù),其核心之一是釋放寬頻率和波長強(qiáng)電磁波來破壞對(duì)方軍事設(shè)施中電子裝備遙測、遙感和遙控等功能,使對(duì)方軍事設(shè)施處在失控狀態(tài)，達(dá)到突襲目。吸波材料在軍事隱身技術(shù)中有著廣泛應(yīng)用,特別是美國U-2高空偵察機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)以及F-117和F-22隱形戰(zhàn)斗機(jī)浮現(xiàn),更是代表了吸波材料實(shí)際應(yīng)用中巨大成就。由于電磁屏蔽與吸波材料在社會(huì)生活和國防建設(shè)中重要作用，因而電磁屏蔽與吸波材料研究開發(fā)成為人們?nèi)找骊P(guān)注重要課題。2電磁屏蔽和吸波材料原理電磁屏蔽是指應(yīng)用屏蔽技術(shù)限制電磁波從一側(cè)空間向另一側(cè)空間傳播。當(dāng)電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí),屏蔽體對(duì)電磁波衰減機(jī)理有3種：（1）空氣-屏蔽體界面阻抗不持續(xù)性,對(duì)入射電磁波產(chǎn)生反射衰減；（2）未被表面反射而進(jìn)入屏蔽體內(nèi)電磁波被屏蔽材料吸取衰減；（3）進(jìn)入屏蔽體內(nèi)未被吸取衰減電磁波到達(dá)屏蔽體-空氣界面時(shí)因阻抗不持續(xù)性被反射,并在屏蔽體內(nèi)部發(fā)生多次反射衰減[1]。屏蔽體對(duì)入射電磁波總屏蔽效能SE由下式擬定：SE=R+A+B(dB)式中,R為表面單次反射衰減；A為吸取衰減；B為內(nèi)部多次反射衰減(B項(xiàng)只有在A≤dB時(shí)才故意義)。吸波材料是指能把投射到它表面電磁波能量吸取并轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、電能、熱能或其她形式能量一種材料。吸波材料普通由基體材料與吸取介質(zhì)復(fù)合而成，吸波材料基體材料可以叫做粘接劑，吸波材料吸取介質(zhì)可以叫做吸取劑。按照吸波機(jī)理各不相似吸波材料,吸波材料可以分為兩種類型：電損耗型和磁損耗型。電損耗型吸波材料和磁損耗型吸波材料都可以吸入和削弱電磁波，只是使用辦法不同樣,前者辦法是使得介質(zhì)電子極化、離子極化或界面極化；后者重要采用辦法是磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁激化機(jī)制。3電磁屏蔽材料研究現(xiàn)狀電磁屏蔽材料按應(yīng)用形式可分為構(gòu)造型屏蔽材料、復(fù)合型屏蔽材料以及纖維織物類屏蔽復(fù)合材料等。3.1構(gòu)造型屏蔽材料構(gòu)造型(即本征型)導(dǎo)電高分子(ICP)是由某些具備共扼丌鍵聚合物經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜后形成,導(dǎo)電率可從絕緣體延伸到導(dǎo)體范疇一類高分子材料。聚乙炔是發(fā)現(xiàn)最早一種ICP,最初由日本學(xué)者于1977年共同研究。辦法是將碘或氟化砷摻雜到聚乙炔中,成果聚乙炔電導(dǎo)率提高了12個(gè)數(shù)量級(jí)以上,使其導(dǎo)電性接近于金屬銅,具備良好屏蔽效果。聚苯胺(PAN)、聚吡咯(PPY)和聚噻吩(PTH)發(fā)現(xiàn)較晚,由于其環(huán)境穩(wěn)定性好,發(fā)展得比較迅速,已成為當(dāng)前三大重要ICP品種。Diaz[2]于1979年初次采用化學(xué)氧化辦法合成了具備導(dǎo)電性能摻雜聚吡咯,電導(dǎo)率高達(dá)120S/cm。聚苯胺與其她本征型電磁屏蔽聚合物相比,具備合成簡便、導(dǎo)電性能優(yōu)良等眾多長處,被作為電磁屏蔽材料研究最為廣泛。Kou1[3]研究了在雜多酸摻雜PAN/ABS復(fù)合材料中,隨著填料PAN含量增長,復(fù)合材料對(duì)電磁波屏蔽效果也逐漸增強(qiáng),在頻率為1OGHz下,復(fù)合材料對(duì)電磁波屏蔽效能(SE)可達(dá)70dB。Joo[4]研究了摻雜態(tài)PAN材料聚合物基體和加工條件以及結(jié)晶性對(duì)材料最后屏蔽性能影響,擬定了舾值接近銅摻雜PAN加工條件。研究表白，摻雜PAN在10～1000MHz頻率范疇內(nèi),最大SE值為50dB。法國Wojkiewicz[5]以樟腦磺酸(PU)摻雜PAN,制得了PAN/PU復(fù)合材料,研究在8.2～18.2GHz頻率下材料屏蔽效能。研究表白,當(dāng)PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到90％時(shí),其陽值不不大于80dB。3.2復(fù)合型屏蔽材料(1)金屬系復(fù)合型屏蔽材料金屬粉末或纖維等良導(dǎo)體與聚合物共混可得到聚合物/金屬復(fù)合材料,當(dāng)金屬粒子達(dá)到一定含量時(shí),在聚合物基體中形成一種微觀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料屏蔽性能。金屬中,銀是最佳導(dǎo)體,體積電阻率可達(dá)10-4～10-5?·cm,具備優(yōu)良屏蔽性能,由于銀價(jià)格昂貴,普通只應(yīng)用于特殊領(lǐng)域。鎳價(jià)格適中，具備較好導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性,是比較抱負(fù)屏蔽材料。此外,尚有銅、鐵、不銹鋼等金屬粉末或纖維都可作為屏蔽材料。美國Brunswick公司用直徑為7微米極細(xì)不銹鋼纖維,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％時(shí),其SE值可達(dá)40dB。譚松庭等[6]研究了基體材料結(jié)晶性對(duì)材料屏蔽性能,她們將不銹鋼纖維分別加入到PP和ABS中，得到了電磁屏蔽用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。研究表白,達(dá)到同等屏蔽效果,結(jié)晶性PP基體比無定形ABS基體纖維臨界填充量低。此外,此類材料對(duì)電磁波屏蔽作用以吸取損耗為主,反射損耗量較小。譚松庭還研究了表面改性和復(fù)合工藝對(duì)不銹鋼纖維/PP(或ABS)復(fù)合材料電磁屏蔽性能。成果表白,用不同表面解決劑解決不銹鋼纖維后,隨纖維表面張力增長,復(fù)合材料電阻率增長,SE值下降。表面膜式導(dǎo)電材料、復(fù)合型導(dǎo)電涂料也是復(fù)合型屏蔽材料常用形式。表面導(dǎo)電膜形成普通需要特殊施工設(shè)備,如金屬噴鍍是將金屬鋅經(jīng)電弧熔化后,用高速氣流將熔化鋅以極細(xì)顆粒狀粉末吹到塑料殼體上，從而在塑料表面形成一層極薄金屬層,厚度約70微米,體積電阻率可達(dá)10-2?·cm如下,其SE值可達(dá)40dB以上。用電鍍或化學(xué)鍍辦法將金屬Ni或Cu/Ni鍍到ABS等塑料表面,所獲得金屬鍍層導(dǎo)電性好,粘接牢固。鍍層厚度50微米時(shí),SE值約60dB。復(fù)合型導(dǎo)電涂料方面,四川大學(xué)管登高等[7]以鎳粉和金屬纖維作為復(fù)合填料,以丙烯酸樹脂作為黏結(jié)劑,制備了一種能屏蔽電磁波復(fù)合材料,并將其應(yīng)用在有線電視網(wǎng)和電子工作間。該材料在射頻段將有線電視傳播網(wǎng)設(shè)備中干擾場減少了40％～50％,在電子工作間屏蔽效能達(dá)到30～50dB。臺(tái)灣Chou等[8]以鎳為填料，研究了離心球磨干混法對(duì)體系屏蔽性能影響。研究成果表白用球磨干混法進(jìn)行填料混合制得涂料,僅需3％(體積分?jǐn)?shù))鎳填料即可獲得36dBSE值。此外，通過各種金屬復(fù)合辦法可以提高單一金屬導(dǎo)電性能。毛倩瑾等[9]采用化學(xué)鍍法在銅粉表面包覆銀,獲得了具備優(yōu)良導(dǎo)電性Cu/Ag復(fù)合電磁屏蔽劑,將其制成材料后,Cu/Ag復(fù)合涂層電磁波屏蔽效能在101kHz~1.5GHz范疇內(nèi)達(dá)到80dB,大大提高了銅系屏蔽劑屏蔽性能。(2)金屬氧化物系復(fù)合型屏蔽材料金屬氧化物導(dǎo)電填料重要有氧化錫、氧化鋅、氧化鈦、鐵氧體等。金屬氧化物作為導(dǎo)電填料,因其密度小、在空氣中穩(wěn)定性好嘗可制備透明塑料等長處被廣泛應(yīng)用于屏蔽領(lǐng)域。鍍層方面,用物理氣相沉積法、濺射法、離子噴鍍法制成摻雜5％-10％錫透明錫氧化膜電阻率可達(dá)10-3～10-4?·cm。程國娥等[10]在納米Fe304晶體粒子存在狀況下,用十二烷基苯磺酸鈉作乳化劑及分散劑,通過HC1調(diào)節(jié)體系酸度合成了導(dǎo)電、導(dǎo)磁Fe304聚苯胺納米復(fù)合物,該復(fù)合物具備較好導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性。鄧建國等將Fe304用聚吡咯包覆,使具備核殼構(gòu)造納米微球有也許合成出具備優(yōu)秀性能納米復(fù)合材料，同步具備導(dǎo)電性、磁性和納米效應(yīng)。這種材料在導(dǎo)電材料、吸波材料、光電顯示及靜電屏蔽材料等方面具備廣泛應(yīng)用前景。液氮溫度下電阻可降到零低溫超導(dǎo)體作為一種新型材料,在低頻波段屏蔽性能超過當(dāng)前所有材料,近年來也引起了人們廣泛關(guān)注。粒徑為2～6微米YBa2Cu3O7粉末燒結(jié)成直徑為2.4mm圓盤狀試樣,在7.5～12.5GHz液氮溫度下船值可達(dá)到70～80dB。(3)碳系復(fù)合型屏蔽材料碳系重要以石墨、炭黑或碳纖維為主,重要有粉體和纖維兩種。該類材料具備價(jià)格低、密度小、不易沉降、耐腐蝕性強(qiáng)等長處。缺陷是表面具有大量極性物質(zhì)，難以分散。近來，美國已開發(fā)出某些超細(xì)炭黑,可用于電磁屏蔽材料，如Cabot公司研制Super-Conductive炭黑和哥倫比亞化學(xué)公司研發(fā)Conductex40-220炭黑，其SE值達(dá)35dB。碳纖維長徑比大,在聚合物基體中更易形成完善微觀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),比相似用量粉體屏蔽材料具備更好屏蔽效果。Das將短碳纖維加入到PE/EVA中,制得PE/EVA/短碳纖維復(fù)合材料,并在100～MHz和8～12GHz測試了該材料電磁屏蔽效能。成果發(fā)現(xiàn),短碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％PP/EVA/短碳纖維材料具備比同等用量炭黑復(fù)合材料更高陽值。jou將長碳纖維和短碳纖維分別與PA66共混制備了PA66/長碳纖維復(fù)合材料。通過對(duì)該材料電磁屏蔽特性研究發(fā)現(xiàn),同等用量PA66/長碳纖維SE值高于PA55/短碳纖維。在30~1000MHz頻率內(nèi),短碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％時(shí),復(fù)合材料達(dá)到最高SE值為50dB。Wu對(duì)長碳纖維用量與取向?qū)σ壕Ь酆衔?長碳纖維復(fù)合材料屏蔽性能影響進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn),取向長碳纖維復(fù)合材料SE值比不取向長碳纖維復(fù)合材料陽值高。在300MHz和1000MHz下,陽值可達(dá)50dB和53dB,比同等用量長碳纖維復(fù)合材料高出10dB。碳系導(dǎo)電填料屬于半導(dǎo)體，所形成復(fù)合材料電導(dǎo)率遠(yuǎn)不大于金屬系填料形成復(fù)合材料電導(dǎo)率。在石墨、碳纖維等材料表面鍍一層金屬膜或其她導(dǎo)體材料，提高石墨、碳纖維等導(dǎo)電性,可以獲得良好屏蔽效果。日本一研究所采用沉積聚合新工藝得到了表面沉積有一層石墨碳纖維,其電導(dǎo)率提高了100倍。碳纖維表面鍍鎳以提高碳纖維導(dǎo)電性能是最常用形式,鍍鎳碳纖維體積電阻率可達(dá)到10-2～10-3?·cm,尼龍、改性PS樹脂可與l5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鍍鎳碳纖維制成復(fù)合材料,SE值為44dB,在60℃和相對(duì)濕度為90％條件下,經(jīng)2000h耐久實(shí)驗(yàn),導(dǎo)電性能基本不變。碳納米管是最細(xì)“分子導(dǎo)線”，其獨(dú)特管狀和螺旋形構(gòu)造使其具備優(yōu)良導(dǎo)電性能。碳納米管用于電磁屏蔽材料是近幾年電磁屏蔽領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。Sandle等制備了碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,當(dāng)碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15％時(shí),復(fù)合材料電導(dǎo)率可達(dá)5×10-3S/cm以上。這種復(fù)合材料電性能優(yōu)于相似條件下制得炭黑/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,具備較好電磁屏蔽作用。3.3纖維織物類屏蔽復(fù)合材料導(dǎo)電織物具備抗靜電、電磁屏蔽等性能,在電子工業(yè)日益發(fā)展今天,越來越顯示出巨大市場潛力。導(dǎo)電織物就是在普通紡織品表面鍍上金屬,或者將金屬纖維編入紡織品中，如碳纖維與普通纖維混紡織物、普通化纖絡(luò)合銅纖維織物等，使織物既具備金屬良好屏蔽效能,同步又不失紡織品原有柔韌性等特性。由于以便、質(zhì)輕等長處,導(dǎo)電織物當(dāng)前正成為研究熱點(diǎn)。化學(xué)鍍銅織物,是在織物表面以自催化反映方式,鍍上一層金屬銅,可運(yùn)用反映速度和時(shí)間來控制銅層厚度和性能。Han等采用化學(xué)鍍銅辦法制備鍍銅織物SE值在100MHz～1.8GHz頻率范疇內(nèi)可達(dá)到35-68dB,該類織物屏蔽電場效能較好,但屏蔽磁場能力不強(qiáng)?；瘜W(xué)鍍鎳與化學(xué)鍍銅相似,也能獲得較好屏蔽效能,采用銅鎳復(fù)合鍍辦法制備金屬化織物,可以保證織物良好屏蔽性能。劉紹芝[11]和鄒建平[12]等采用先化學(xué)鍍銅后化學(xué)鍍鎳辦法制備導(dǎo)電織物,這種類型導(dǎo)電織物表面電阻可達(dá)到10m?如下,電磁屏蔽效能在100MHz～20GHz頻率范疇內(nèi)均在80dB以上。將具備電磁屏蔽功能粒子與普通纖維切片共混后進(jìn)行紡絲,可制備具備良好導(dǎo)電性纖維,又使纖維不失去原有強(qiáng)度、延伸性、耐洗性和耐磨性。慣用導(dǎo)電粒子有銀纖維、銅纖維、碳纖維、鐵纖維、不銹鋼纖維及鍍金屬玻璃纖維等。臺(tái)灣Huang等制備了化學(xué)鍍鎳碳纖維/ABS復(fù)合材料和碳纖維/ABS化合物,研究了微觀構(gòu)造對(duì)其物理性能影響,在30～1000MHz時(shí)陽最高達(dá)47dB。日本Yamaaki推出鐵纖維與尼龍6、聚丙烯、聚碳酸酯等樹脂混合而制成屏蔽塑料,其中FE-125、FE-125MC、FE-125HP三個(gè)品種鐵纖維填充率為20％～27％(體積分?jǐn)?shù)),其SE值可達(dá)60-80dB。4吸波材料研究現(xiàn)狀近年來,國內(nèi)外學(xué)者在研究并改進(jìn)老式吸波材料同步,進(jìn)行了卓有成效新材料摸索,并獲得了可喜成果,重點(diǎn)研究和應(yīng)用吸波材料重要集中在如下幾種方面。4.1鐵氧體吸波材料鐵氧體吸波材料是研究較多并且比較成熟吸波材料,由于在高頻下有較高磁導(dǎo)率,并且電阻率也較大,電磁波易于進(jìn)入并迅速衰減,被廣泛地應(yīng)用在雷達(dá)吸波材料領(lǐng)域中。鐵氧體吸取電磁波重要機(jī)理是自然共振。所謂自然共振是指鐵氧體在不外加恒磁場狀況下,由入射交變磁場角頻率和晶體磁性各向異性等效場決定本征頻率相等產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)共振,從而大量吸取電磁波能量。與磁性金屬粉相比,鐵氧體材料具備較好頻率特性,其相對(duì)磁導(dǎo)率較大,且相對(duì)介電常數(shù)較小,適合制作匹配層,在低頻拓寬頻帶方面具備良好應(yīng)用前景。重要缺陷是密度較大、溫度穩(wěn)定性較差。為此,各國研究人員盼望通過調(diào)節(jié)材料自身化學(xué)構(gòu)成、粒徑及其分布、粒子形貌及分散技術(shù)等提高損耗特性和減少密度。鐵氧體吸波材料普通分為尖晶石型鐵氧體與六角晶系拱氧體兩種類型,其中尖晶石型鐵氧體應(yīng)用歷史很長,但尖晶石型鐵氧體電磁參數(shù)(介電常數(shù)和磁導(dǎo)率)都比較小,并且難以滿足相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率盡量接近原則，因而單一鐵氧體材料難以滿足吸取頻帶寬、厚度薄和面密度小規(guī)定,但把鐵氧體粉末分散到磁性微粒中而制成復(fù)合鐵氧體材料,可通過鐵氧體粉體粒徑、構(gòu)成等來控制其電磁參數(shù)。 近期研究工作更多集中在六角晶系鐵氧體材料。當(dāng)前對(duì)鋇系M、W型六角晶系鐵氧體材料研究開展較多。國內(nèi)鐵氧體吸波材料水平在8～1.8GH頻率范疇內(nèi),全頻段吸取率為10dB,面密度約5kg/m2,厚度約2mm。日本在研制鐵氧體吸波材料方面處在世界領(lǐng)先地位,研制出一種由阻抗變換層和低阻抗諧振層構(gòu)成雙層構(gòu)造寬頻高效吸波涂料,可吸取1～2GHz雷達(dá)波,吸取率為20dB,這是迄今為止最佳吸波材。4.2碳纖維構(gòu)造吸波材料碳纖維復(fù)合材料具備高強(qiáng)、高模和輕質(zhì)長處,不但廣泛應(yīng)用于普通飛行器和導(dǎo)彈,在隱身兵器中也日益顯露頭角,美國已在B-2、F-117、F-22等隱身飛機(jī)上大量采用了炭纖維構(gòu)造吸波材料。國外碳纖維構(gòu)造吸波材料己進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段,并成功地用于隱身飛機(jī)和隱身導(dǎo)彈。國內(nèi)外研究炭纖維構(gòu)造吸波材料重要有如下幾種類型:(1)炭-炭復(fù)合材料美國威廉斯國際公司研制炭-炭復(fù)合材料合用于高溫部位,能較好抑制紅外輻射并吸取雷達(dá)波。在發(fā)動(dòng)機(jī)部位用致密炭粒和超致密泡沫層來吸取發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱輻射,還可制成機(jī)翼前緣、機(jī)頭和機(jī)尾。美國B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)S型進(jìn)氣道襯里就采用了能吸取雷達(dá)波炭-炭復(fù)合材料制造,并且在接近發(fā)動(dòng)機(jī)部位復(fù)合材料有一厚層炭粒,用以吸取進(jìn)入進(jìn)氣道雷達(dá)波?！?2)特殊碳纖維增強(qiáng)炭一熱塑性樹脂基復(fù)合材料這種材料具備極好吸波性能,能使頻率為0.1MHz～50GHz脈沖大幅度衰減,當(dāng)前已用于先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF)機(jī)身和機(jī)翼,型號(hào)為APC(HTX)。此外APC-2是CalionG40-700碳纖維與PEEK復(fù)絲混雜紗單向增強(qiáng)復(fù)合材料,特別適當(dāng)制造直升機(jī)旋翼和導(dǎo)彈殼體,美國隱身直升機(jī)LHX已經(jīng)采用此種復(fù)合材料。美國空軍材料實(shí)驗(yàn)室研制炭纖維復(fù)合材料能吸取輻射熱,而不反射輻射熱,既能減少雷達(dá)波特性,又能減少紅外特性,用它可制作發(fā)動(dòng)機(jī)艙蒙皮、機(jī)翼前緣以至機(jī)身前段。(3)含碳纖維混雜纖維復(fù)合材料混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是通過纖維之間一定混雜比例和構(gòu)造設(shè)計(jì)形式制造而成滿足特殊性能規(guī)定或綜合性能較好復(fù)合材料,當(dāng)前該種材料已廣泛用于飛機(jī)制造中,由于飛機(jī)隱身性能規(guī)定,該材料隱身性能研究已受到人們普遍注重,當(dāng)前己制造出吸波性能較好混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,其中含炭纖維混雜纖維復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于美國B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī),B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)上采用了50%寫特殊碳纖維構(gòu)造吸波材料,這種碳纖維構(gòu)造吸波材料由非圓形特種碳纖維與玻璃纖維混雜編制成三向織物,這種三向織物就象微波暗室構(gòu)造同樣,有許許多多微小角錐,具備良好吸波性能。(4)碳化硅-碳纖維復(fù)合材料碳纖維電阻率很低,SiC纖維電阻率較高,吸波效果均不佳，將碳、碳化硅以不同比例，通過人工設(shè)計(jì)辦法,控制其電阻率,便可制成耐高溫、抗氧化、具備優(yōu)秀力學(xué)性能和良好吸波性能SiC-C復(fù)合纖維。SiC-C復(fù)合纖維和接枝酞亞胺基團(tuán)與環(huán)氧樹脂共聚改性為基體構(gòu)成構(gòu)造材料,吸波性能都很優(yōu)秀。歐陽國恩等在各向同性瀝青中均勻混入聚碳硅烷,通過熔融紡絲、不熔化解決、燒結(jié)制備出SiC-C復(fù)合纖維[13]，其電阻率為10-1～10-5?·cm,并且電阻率可以持續(xù)調(diào)節(jié),這種纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合制成復(fù)合材料對(duì)8～12GHz雷達(dá)波反射衰減達(dá)10dB以上,最大可達(dá)29dB,是二種吸波性能優(yōu)良吸波材料。幻(5)破纖維蜂窩夾芯復(fù)合材料這種復(fù)合材料由碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料面板和底板以及吸波蜂窩夾芯構(gòu)成,B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)機(jī)翼蒙皮是一種六角形蜂窩夾芯炭/環(huán)氧吸波構(gòu)造材料,該材料面板為非圓Kevlar49/增韌環(huán)氧，夾芯為Nomex六角蜂窩(表面經(jīng)特殊解決),底板為非圓石墨增韌環(huán)氧山。4.3納米吸波材料納米材料具備極好吸波特性。具備頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量小和厚度薄等特點(diǎn),是一種有發(fā)展前程電磁波吸波材料。納米材料由“顆粒組元”和“界面組元”兩種組元構(gòu)成。由于構(gòu)成納米材料顆粒極小,使得組元所占比例極大。當(dāng)納米顆粒直徑為5nm時(shí),界面組元所占比例可達(dá)50%左右。納米材料獨(dú)特構(gòu)造使其自身具備量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、小尺寸和界面效應(yīng),從而使納米材料呈現(xiàn)奇特力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)以及化學(xué)(吸取、催化)特性。當(dāng)前，美國已經(jīng)研制出一種稱作“超黑”納米吸波材料,對(duì)雷達(dá)吸取率高達(dá)99%,當(dāng)前正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段納米復(fù)合材料。法國科學(xué)家近來研制成功一種寬頻吸波涂層,它由粘結(jié)劑和納米微屑填充材料構(gòu)成。納米微屑由超薄不定形磁性薄層及絕緣層堆疊而成,磁性厚度為3nm,絕緣層厚度為5nm,絕緣層可以是碳或無機(jī)磁性材料。這種寬頻吸波涂層詳細(xì)制備過程為；(1)通過真空沉積法將鉆鎳合金和碳化硅沉積在基上,形成超薄電磁吸取夾層構(gòu)造；(2)將超薄夾層粉碎為徽屑,然后再均勻分散于粘結(jié)劑中。據(jù)報(bào)道,這種多層薄膜登合而成夾層構(gòu)造具備較好微波磁導(dǎo)率,其磁導(dǎo)率實(shí)部和皮部在0.1～10GH:寬頻帶內(nèi)均不不大于6。與粘結(jié)劑復(fù)合成吸波涂層在50MHz-50GHz頻率范疇內(nèi)具備良好吸波性能。納米吸波材料對(duì)電磁波特別是高繃電磁波具備優(yōu)良吸取性能,但其吸取機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。普通以為,它對(duì)電磁波能量吸取是由晶格電場熱運(yùn)動(dòng)引起電子散射、雜質(zhì)和晶格缺陷引起電子散射以及電子與電子之間互相作用三種效應(yīng)決定。 4.4手性吸波材料[14]科學(xué)上早就有手性(chrality)這個(gè)概念。李政道和楊振寧就是由于發(fā)現(xiàn)了弱互相作用下宇稱不守恒，即自然界要區(qū)別左右手性而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。手性材料是指一種物體與其鏡像不存在幾何對(duì)稱性，且不能通過任何操作使物體與鏡像相重疊。手性構(gòu)造與微波互相作用研究始于50年代末至80年代,手性材料對(duì)微波吸取、反射特性研究受到了某些研究部門注重,關(guān)于報(bào)道逐漸增多,在這方面美國賓西法尼亞州立大學(xué)開展了較多工作。自1987年美國賓州大學(xué)研究人員初次提出“手征性具備用于寬頻帶吸波材料也許性”以來,手性吸波材料在國外受到了廣泛注重。美國、法國和俄羅斯非常注重手性材料研究,在微觀機(jī)理研究方面獲得較大進(jìn)展,并通過實(shí)驗(yàn)證明了旋波特性。 手性材料可以減少入射電磁波反射并能吸取電磁波。手性材料與普通材料區(qū)別在于它具備手性參數(shù),通過調(diào)節(jié)手性參數(shù)可使材料無反射。手性材料與普通材料相比,有兩個(gè)優(yōu)勢:一是調(diào)節(jié)手性參數(shù)比調(diào)節(jié)介電參數(shù)和磁導(dǎo)率容易。大多數(shù)材料介電參數(shù)和磁導(dǎo)率很難在較寬頻帶上滿足無反射規(guī)定；二是手性材料頻率敏感性比介電常數(shù)和磁導(dǎo)率小,容易實(shí)現(xiàn)寬頻吸取。迄今為止,尚未發(fā)現(xiàn)天然在微波范疇內(nèi)起作用手性材料,這是由于微波波長與材料分子尺寸相差較大緣故。用于隱身手性材料都是人工合成,這是由于只有與入射波長尺寸相近手性材料才干與入射波相作用,因而基體種摻雜手性物質(zhì)須與微波波長有同量級(jí)特性尺寸。盡管理論研究以為手性材料與普通材料相比,具備參數(shù)調(diào)節(jié)容易,對(duì)頻率敏感性小特點(diǎn),可滿足寬頻無反射規(guī)定,但文獻(xiàn)指出,至今還沒有令人信服證據(jù)表白少量手性材料摻入會(huì)產(chǎn)生如此巨大差別。因而還應(yīng)當(dāng)對(duì)手性材料機(jī)理及正反兩方面報(bào)道進(jìn)行進(jìn)一步分析研究并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。4.5多晶鐵纖維吸波材料[15] 多晶鐵纖維吸波材料研究始于80年代中期,它涉及鐵、鎳、鉆及其合金纖維。它吸波機(jī)理是渦流損耗和磁滯損耗。此外它還是一種良導(dǎo)體,具備較強(qiáng)介電損耗吸取性能,在外界交變電場作用下,纖維內(nèi)電子產(chǎn)生振動(dòng),將電磁能某些轉(zhuǎn)化為熱能。多晶鐵纖維具備獨(dú)特形狀各向異性,可在很寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)高吸取,質(zhì)量比老式金屬微粉材料減輕40%～60%,克服了大多數(shù)磁性材料嚴(yán)重缺陷,是一種輕質(zhì)吸波材料。1992年美國3M公司研制亞微米級(jí)多晶鐵纖維平均直徑0.26微米,長徑比約為25,吸波涂層僅有1.0mm4.6導(dǎo)電高聚物吸波材料此類吸波材料運(yùn)用某些高聚物具備共扼電子線形或平面形構(gòu)型與高分子電荷轉(zhuǎn)移給絡(luò)合物作用,設(shè)計(jì)高聚物導(dǎo)電構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和電磁損耗。當(dāng)前,研究具備微波電、磁損耗性能有機(jī)高聚物越來越引起世界各國注重。法國LanYenlOlmedo等研究聚毗咯、聚苯胺、聚-3-辛基唆吩在3cm波段內(nèi)均有8dB以上吸取率。美國Carnegle-Meon大學(xué)用視黃基席夫堿制成吸波涂層可使目的RCS減縮80%,而比重只有鐵氧體10%[16]。國內(nèi)研制出一種透明吸波材料,就是一種能導(dǎo)電高分子聚合物苯胺和氛酸鹽晶須混合物,懸浮在聚胺脂或其她聚合物基體中,這種材料可以噴涂,也可以與復(fù)合材料構(gòu)成層合材料。這種涂層特點(diǎn)是吸波劑在涂層內(nèi)分布均勻,變化了老式吸波材料涂層組分分布不均勻缺陷,因而不必增長厚度來提高頻帶寬度,并且工藝簡樸,只要采用改進(jìn)噴槍就可以在飛機(jī)任何部位(涉及機(jī)頭、尾翼以及鉚釘、接縫等處)實(shí)行噴涂,特別適合對(duì)老飛機(jī)隱身改裝。此外這種吸波涂層是光學(xué)透明,適合座艙蓋及夜視紅外裝置電磁窗口隱蔽。4.7其他隨著雷達(dá)隱身問題逐漸解決,可見光及紅外隱身問題逐漸突出,雷達(dá)波、紅外波、可見光是處在不同波段電磁波,如何使涂層在幾種波段彼此兼容,使可見光、紅外及雷達(dá)兼容吸波材料,將是此后研究重要方向之一。國外先進(jìn)多功能隱身材料在可見光、近紅外、遠(yuǎn)紅外、8mm和3mm五波段一體化方面獲得較大進(jìn)展。美國研制多功能吸波涂層在毫米波30～100kHz吸取率為10～15dB,中紅外3～5微米,輻射率為0.6-0.95,可見光光譜特性與背景基本一致[17]。德國研制半導(dǎo)體多功能隱身材料在可見光范疇有低反射率,在紅外波段有低輻射率,在毫米波段有高吸取率。這種涂層可同步對(duì)抗可見光、近紅外線、激光、熱紅外和雷達(dá)威脅,兼容型吸波材料現(xiàn)均為多層構(gòu)造。Disenroth提出一種由反熱紅外探側(cè)面漆加反雷達(dá)探側(cè)底漆構(gòu)成隱身材料就是一種簡樸而典型示范例子。國外尚有一種形式類似但構(gòu)造更為復(fù)雜多層復(fù)合材料。研制此類多頻段兼容隱身材料核心是使表層材料具備良好頻率選取特性。在雷達(dá)吸波材料上面涂數(shù)一層紅外涂料,在一定厚度范疇內(nèi),可以同步兼顧兩種性能,且雷達(dá)波吸取性能基本保持不變,只是隨紅外涂層厚度增長，諧振峰向低頻平移,同步也能保證原涂層紅外輻射性能不變。 當(dāng)前國內(nèi)在積極地進(jìn)行紅外隱身涂料研究。有資料透露,在雷達(dá)隱身材料上用陰極霧化法沉積上一層幾種到幾千微米厚陶瓷金屬,可使3～5微米以及8～12微米紅外發(fā)射系數(shù)不大于0.4。為最大限度減少雷達(dá)隱身材料紅外發(fā)射率，還可采用二維光柵,它是一種厚度極小金屬膜,紅外發(fā)射系數(shù)不大于0.2。這種二維光柵可以引入復(fù)合材料構(gòu)造中,以保證機(jī)體既有高吸波水平,又有相稱低紅外發(fā)射系數(shù)。5結(jié)語 老式電磁屏蔽與吸波材料強(qiáng)調(diào)是強(qiáng)衰減,而新型材料則大多采用復(fù)合技術(shù),突出質(zhì)量輕、頻帶寬和性能好特點(diǎn),能滿足于不同環(huán)境和應(yīng)用場合需求，因而開發(fā)和研制新一代多頻、輕質(zhì)、智能型電磁屏蔽與吸波材料必將成為日后重點(diǎn)。ResearchDevelopmentofElectromagneticInterferencesShieldingandWave-absorbingMaterialsAbstract：Thesignificanceofelectromagneticinterferenceshieldingmaterialandwave-absorbingmaterialwasexplained,Themechanismsofshieldingandwave-abso-rbingwereanalyzed,Therecentprogressandapplicationofelectromagneticshieldingandwave-absorbingmaterialswerereviewed.Ke