電磁屏蔽與吸波材料的研究進(jìn)展

-1-電磁屏蔽與吸波材料的研究進(jìn)展摘要：闡述了研究電磁屏蔽材料和吸波材料的重要性,分析了電磁屏蔽與吸波材料的工作原理,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。關(guān)鍵詞：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)的發(fā)展,各種電子設(shè)備應(yīng)用的日益增多,電磁波輻射已經(jīng)成為一種新的社會(huì)公害。電磁波輻射造成的電磁干擾不僅會(huì)影響各種電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),而且對(duì)身體健康也有危害。特別是塑料制品對(duì)傳統(tǒng)金屬材料的替代，電磁屏蔽技術(shù)就顯得尤為重要了。據(jù)估計(jì),全世界電子電氣設(shè)備由于電磁干擾發(fā)生故障,每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾億美元?？茖W(xué)研究證實(shí),人長期處于電磁波輻射環(huán)境中將嚴(yán)重?fù)p害身心健康。目前廣播電視發(fā)射塔的強(qiáng)電磁波輻射，城市電工、醫(yī)療射頻設(shè)備附近的電磁輻射污染,移動(dòng)電話的電磁波輻射等已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。因此,世界上一些發(fā)達(dá)國家先后制定了電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)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)標(biāo)準(zhǔn),其中“FCC”規(guī)定大于1000HZ的電子裝置要求屏蔽保護(hù),并持EMI/RFI合格證才允許投放市場；我國在八十年代相繼制定了《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》等相關(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的CISPR的國際標(biāo)準(zhǔn),供各國參照?qǐng)?zhí)行。另外,現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭中的新型電子對(duì)抗技術(shù),其核心之一是釋放寬頻率和波長的強(qiáng)電磁波來破壞對(duì)方軍事設(shè)施中電子裝備的遙測、遙感和遙控等功能,使對(duì)方的軍事設(shè)施處于失控狀態(tài)，達(dá)到突襲的目的。吸波材料在軍事隱身技術(shù)中有著廣泛的應(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)的出現(xiàn),更是代表了吸波材料實(shí)際應(yīng)用中的巨大成就。由于電磁屏蔽與吸波材料在社會(huì)生活和國防建設(shè)中的重要作用，因而電磁屏蔽與吸波材料的研究開發(fā)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重要課題。2電磁屏蔽和吸波材料的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)電磁波的衰減機(jī)理有3種：（1）空氣-屏蔽體界面的阻抗不連續(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)的電磁波被屏蔽材料吸收的衰減；（3）進(jìn)入屏蔽體內(nèi)未被吸收衰減的電磁波到達(dá)屏蔽體-空氣界面時(shí)因阻抗不連續(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)入射電磁波的總屏蔽效能SE由下式確定：SE=R+A+B(dB)式中,R為表面單次反射衰減；A為吸收衰減；B為內(nèi)部多次反射衰減(B項(xiàng)只有在A≤dB時(shí)才有意義)。吸波材料是指能把投射到它表面的電磁波能量吸收并轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、電能、熱能或其他形式的能量的一種材料。吸波材料一般由基體材料與吸收介質(zhì)復(fù)合而成，吸波材料的基體材料可以叫做粘接劑，吸波材料的吸收介質(zhì)可以叫做吸收劑。按照吸波機(jī)理的各不相同吸波材料,吸波材料可以分為兩種類型：電損耗型和磁損耗型。電損耗型的吸波材料和磁損耗型的吸波材料都可以吸入和減弱電磁波，只是使用的辦法不一樣,前者的措施是使得介質(zhì)的電子極化、離子極化或界面極化；后者主要采取的措施是磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁激化機(jī)制。3電磁屏蔽材料的研究現(xiàn)狀電磁屏蔽材料按應(yīng)用形式可分為結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)型屏蔽材料結(jié)構(gòu)型(即本征型)導(dǎo)電高分子(ICP)是由一些具有共扼丌鍵的聚合物經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜后形成的,導(dǎo)電率可從絕緣體延伸到導(dǎo)體范圍的一類高分子材料。聚乙炔是發(fā)現(xiàn)最早的一種ICP,最初由日本的學(xué)者于1977年共同研究的。方法是將碘或氟化砷摻雜到聚乙炔中,結(jié)果聚乙炔的電導(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,具有良好的屏蔽效果。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,已成為目前三大主要的ICP品種。Diaz[2]于1979年首次采用化學(xué)氧化的方法合成了具有導(dǎo)電性能的摻雜聚吡咯,電導(dǎo)率高達(dá)120S/cm。聚苯胺與其他本征型電磁屏蔽聚合物相比,具有合成簡便、導(dǎo)電性能優(yōu)良等眾多優(yōu)點(diǎn),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的PAN/ABS復(fù)合材料中,隨著填料PAN含量的增加,復(fù)合材料對(duì)電磁波的屏蔽效果也逐漸增強(qiáng),在頻率為1OGHz下,復(fù)合材料對(duì)電磁波的屏蔽效能(SE)可達(dá)70dB。Joo[4]研究了摻雜態(tài)PAN材料的聚合物基體和加工條件以及結(jié)晶性對(duì)材料最終屏蔽性能的影響,確定了舾值接近銅的摻雜PAN的加工條件。研究表明，摻雜PAN在10～1000MHz頻率范圍內(nèi),最大SE值為50dB。法國的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))的鍍鎳碳纖維制成的復(fù)合材料,SE值為44dB,在60℃和相對(duì)濕度為90％條件下,經(jīng)2000h耐久試驗(yàn),導(dǎo)電性能基本不變。碳納米管是最細(xì)的“分子導(dǎo)線”，其獨(dú)特的管狀和螺旋形結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的導(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)域的研究熱點(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)合材料的電導(dǎo)率可達(dá)5×10-3S/cm以上。這種復(fù)合材料的電性能優(yōu)于相同條件下制得的炭黑/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,具有較好的電磁屏蔽作用。3.3纖維織物類屏蔽復(fù)合材料導(dǎo)電織物具有抗靜電、電磁屏蔽等性能,在電子工業(yè)日益發(fā)展的今天,越來越顯示出巨大的市場潛力。導(dǎo)電織物就是在一般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，使織物既具有金屬良好的屏蔽效能,同時(shí)又不失紡織品原有的柔韌性等特征。由于方便、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn),導(dǎo)電織物現(xiàn)在正成為研究的熱點(diǎn)?；瘜W(xué)鍍銅織物,是在織物表面以自催化反應(yīng)的方式,鍍上一層金屬銅,可利用反應(yīng)的速度和時(shí)間來控制銅層的厚度和性能。Han等采用化學(xué)鍍銅方法制備的鍍銅織物SE值在100MHz～1.8GHz頻率范圍內(nèi)可達(dá)到35-68dB,該類織物屏蔽電場效能很好,但屏蔽磁場能力不強(qiáng)?；瘜W(xué)鍍鎳與化學(xué)鍍銅相似,也能獲得較好的屏蔽效能,采用銅鎳復(fù)合鍍方法制備金屬化織物,可以保證織物良好的屏蔽性能。劉紹芝[11]和鄒建平[12]等采用先化學(xué)鍍銅后化學(xué)鍍鎳的方法制備導(dǎo)電織物,這種類型的導(dǎo)電織物表面電阻可達(dá)到10m?以下,電磁屏蔽效能在100MHz～20GHz頻率范圍內(nèi)均在80dB以上。將具有電磁屏蔽功能的粒子與普通纖維切片共混后進(jìn)行紡絲,可制備具有良好導(dǎo)電性的纖維,又使纖維不失去原有的強(qiáng)度、延伸性、耐洗性和耐磨性。常用的導(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)鍍鎳的碳纖維/ABS復(fù)合材料和碳纖維/ABS化合物,研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其物理性能的影響,在30～1000MHz時(shí)陽最高達(dá)47dB。日本Yamaaki推出的鐵纖維與尼龍6、聚丙烯、聚碳酸酯等樹脂混合而制成的屏蔽塑料,其中FE-125、FE-125MC、FE-125HP三個(gè)品種的鐵纖維填充率為20％～27％(體積分?jǐn)?shù)),其SE值可達(dá)60-80dB。4吸波材料的研究現(xiàn)狀近年來,國內(nèi)外學(xué)者在研究并改進(jìn)傳統(tǒng)吸波材料的同時(shí),進(jìn)行了卓有成效的新材料的探索,并取得了可喜的成果,重點(diǎn)研究和應(yīng)用吸波材料主要集中在以下幾個(gè)方面。4.1鐵氧體吸波材料鐵氧體吸波材料是研究較多而且比較成熟的吸波材料,由于在高頻下有較高的磁導(dǎo)率,而且電阻率也較大,電磁波易于進(jìn)入并快速衰減,被廣泛地應(yīng)用在雷達(dá)吸波材料領(lǐng)域中。鐵氧體吸收電磁波的主要機(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的情況下,由入射交變磁場的角頻率和晶體的磁性各向異性等效場決定的本征頻率相等產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)共振,從而大量吸收電磁波的能量。與磁性金屬粉相比,鐵氧體材料具有較好的頻率特性,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有良好的應(yīng)用前景。主要缺點(diǎn)是密度較大、溫度穩(wěn)定性較差。為此,各國研究人員期望通過調(diào)整材料本身的化學(xué)組成、粒徑及其分布、粒子形貌及分散技術(shù)等提高損耗特性和降低密度。鐵氧體吸波材料通常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)用的歷史很長,但尖晶石型鐵氧體的電磁參數(shù)(介電常數(shù)和磁導(dǎo)率)都比較小,而且難以滿足相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率盡可能接近的原則,因此單一鐵氧體材料難以滿足吸收頻帶寬、厚度薄和面密度小的要求,但把鐵氧體粉末分散到磁性微粒中而制成的復(fù)合鐵氧體材料,可通過鐵氧體粉體的粒徑、組成等來控制其電磁參數(shù)。 近期的研究工作更多的集中在六角晶系鐵氧體材料。目前對(duì)鋇系M、W型六角晶系鐵氧體材料的研究開展較多。國內(nèi)鐵氧體吸波材料的水平在8～1.8GH頻率范圍內(nèi),全頻段吸收率為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于世界領(lǐng)先地位,研制出一種由阻抗變換層和低阻抗諧振層組成的雙層結(jié)構(gòu)寬頻高效吸波涂料,可吸收1～2GHz的雷達(dá)波,吸收率為20dB,這是迄今為止最好的吸波材。4.2碳纖維結(jié)構(gòu)吸波材料碳纖維復(fù)合材料具有高強(qiáng)、高模和輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn),不僅廣泛應(yīng)用于一般飛行器和導(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結(jié)構(gòu)吸波材料。國外碳纖維結(jié)構(gòu)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)外研究的炭纖維結(jié)構(gòu)吸波材料主要有以下幾種類型:(1)炭-炭復(fù)合材料美國威廉斯國際公司研制的炭-炭復(fù)合材料適用于高溫部位,能很好抑制紅外輻射并吸收雷達(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收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的熱輻射,還可制成機(jī)翼前緣、機(jī)頭和機(jī)尾。美國的B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)的S型進(jìn)氣道襯里就采用了能吸收雷達(dá)波的炭-炭復(fù)合材料制造,并且在靠近發(fā)動(dòng)機(jī)部位的復(fù)合材料有一厚層炭粒,用以吸收進(jìn)入進(jìn)氣道的雷達(dá)波?！?2)特殊碳纖維增強(qiáng)的炭一熱塑性樹脂基復(fù)合材料這種材料具有極好的吸波性能,能使頻率為0.1MHz～50GHz的脈沖大幅度衰減,現(xiàn)在已用于先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF)的機(jī)身和機(jī)翼,型號(hào)為APC(HTX)。另外APC-2是CalionG40-700碳纖維與PEEK復(fù)絲混雜紗單向增強(qiáng)的復(fù)合材料,特別適宜制造直升機(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)室研制的炭纖維復(fù)合材料能吸收輻射熱,而不反射輻射熱,既能降低雷達(dá)波特征,又能降低紅外特征,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)含碳纖維的混雜纖維復(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的混雜比例和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式制造而成的滿足特殊性能要求或綜合性能較好的復(fù)合材料,目前該種材料已廣泛用于飛機(jī)制造中,由于飛機(jī)隱身性能的要求,該材料隱身性能的研究已受到人們的普遍重視,目前己制造出吸波性能很好的混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,其中含炭纖維的混雜纖維復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于美國的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%寫特殊碳纖維結(jié)構(gòu)吸波材料,這種碳纖維結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)一樣,有許許多多微小的角錐,具有良好的吸波性能。(4)碳化硅-碳纖維復(fù)合材料碳纖維的電阻率很低,SiC纖維的電阻率較高,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)的方法,控制其電阻率,便可制成耐高溫、抗氧化、具有優(yōu)異力學(xué)性能和良好吸波性能的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組成的結(jié)構(gòu)材料,吸波性能都很優(yōu)異。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、不熔化處理、燒結(jié)制備出SiC-C復(fù)合纖維[13],其電阻率為10-1～10-5?·cm,而且電阻率可以連續(xù)調(diào)節(jié),這種纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合制成的復(fù)合材料對(duì)8～12GHz的雷達(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)良的吸波材料?；?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)的復(fù)合材料面板和底板以及吸波蜂窩夾芯組成,B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)的機(jī)翼蒙皮是一種六角形蜂窩夾芯炭/環(huán)氧吸波結(jié)構(gòu)材料,該材料的面板為非圓Kevlar49/增韌環(huán)氧,夾芯為Nomex六角蜂窩(表面經(jīng)特殊處理),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有極好的吸波特性。具有頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量小和厚度薄等特點(diǎn),是一種有發(fā)展前途的電磁波吸波材料。納米材料由“顆粒組元”和“界面組元”兩種組元構(gòu)成。由于組成納米材料的顆粒極小,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)、小尺寸和界面效應(yīng),從而使納米材料呈現(xiàn)奇特的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)以及化學(xué)(吸收、催化)特性。目前,美國已經(jīng)研制出一種稱作“超黑”的納米吸波材料,對(duì)雷達(dá)的吸收率高達(dá)99%,目前正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段的納米復(fù)合材料。法國科學(xué)家最近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。這種寬頻吸波涂層的具體制備過程為；(1)通過真空沉積法將鉆鎳合金和碳化硅沉積在基上,形成超薄電磁吸收夾層結(jié)構(gòu)；(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的夾層結(jié)構(gòu)具有很好的微波磁導(dǎo)率,其磁導(dǎo)率的實(shí)部和皮部在0.1～10GH:寬頻帶內(nèi)均大于6。與粘結(jié)劑復(fù)合成的吸波涂層在50MHz-50GHz頻率范圍內(nèi)具有良好的吸波性能。納米吸波材料對(duì)電磁波特別是高繃電磁波具有優(yōu)良的吸收性能,但其吸收機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。一般認(rèn)為,它對(duì)電磁波能量的吸收是由晶格電場熱運(yùn)動(dòng)引起的電子散射、雜質(zhì)和晶格缺陷引起的電子散射以及電子與電子之間的相互作用三種效應(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因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了弱相互作用下的宇稱不守恒,即自然界要區(qū)分左右手性而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。手性材料是指一個(gè)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合。手性結(jié)構(gòu)與微波相互作用的研究始于50年代末至80年代,手性材料對(duì)微波的吸收、反射特性的研究受到了一些研究部門的重視,有關(guān)報(bào)道逐漸增多,在這方面美國賓西法尼亞州立大學(xué)開展了較多的工作。自1987年美國賓州大學(xué)研究人員首次提出“手征性具有用于寬頻帶吸波材料的可能性”以來,手性吸波材料在國外受到了廣泛重視。美國、法國和俄羅斯非常重視手性材料的研究,在微觀機(jī)理研究方面取得較大進(jìn)展,并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了旋波特性。 手性材料能夠減少入射電磁波的反射并能吸收電磁波。手性材料與普通材料的區(qū)別在于它具有手性參數(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)整手性參數(shù)比調(diào)整介電參數(shù)和磁導(dǎo)率容易。大多數(shù)材料的介電參數(shù)和磁導(dǎo)率很難在較寬的頻帶上滿足無反射要求；二是手性材料的頻率敏感性比介電常數(shù)和磁導(dǎo)率小,容易實(shí)現(xiàn)寬頻吸收。迄今為止,還未發(fā)現(xiàn)天然的在微波范圍內(nèi)起作用的手性材料,這是因?yàn)槲⒉úㄩL與材料的分子尺寸相差較大的緣故。用于隱身的手性材料都是人工合成的,這是由于只有與入射波長尺寸相近的手性材料才能與入射波相作用,因此基體種摻雜的手性物質(zhì)須與微波波長有同量級(jí)的特征尺寸。盡管理論研究認(rèn)為手性材料與普通材料相比,具有參數(shù)調(diào)節(jié)容易,對(duì)頻率敏感性小的特點(diǎn),可滿足寬頻無反射的要求,但文獻(xiàn)指出,至今還沒有令人信服的證據(jù)表明少量的手性材料摻入會(huì)產(chǎn)生如此巨大的差別。因此還應(yīng)該對(duì)手性材料的機(jī)理及正反兩方面報(bào)道進(jìn)行深入分析研究并通過實(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的研究始于80年代中期,它包括鐵、鎳、鉆及其合金纖維。它的吸波機(jī)理是渦流損耗和磁滯損耗。此外它還是一種良導(dǎo)體,具有較強(qiáng)的介電損耗吸收性能,在外界交變電場的作用下,纖維內(nèi)的電子產(chǎn)生振動(dòng),將電磁能部分的轉(zhuǎn)化為熱能。多晶鐵纖維具有獨(dú)特的形狀各向異性,可在很寬的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)高吸收,質(zhì)量比傳統(tǒng)的金屬微粉材料減輕40%～60%,克服了大多數(shù)磁性材料的嚴(yán)重缺陷,是一種輕質(zhì)的吸波材料。1992年美國3M公司研制的亞微米級(jí)多晶鐵纖維的平均直徑0.26微米,長徑比約為25,吸波涂層僅有1.0mm4.6導(dǎo)電高聚物吸波材料這類吸波材料利用某些高聚物具有共扼電子的線形或平面形構(gòu)型與高分子電荷轉(zhuǎn)移給絡(luò)合物的作用,設(shè)計(jì)高聚物的導(dǎo)電結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和電磁損耗。目前,研究具有微波電、磁損耗性能的有機(jī)高聚物越來越引起世界各國的重視。法國LanYenlOlmedo等研究的聚毗咯、聚苯胺、聚-3-辛基唆吩在3cm波段內(nèi)均有8dB以上的吸收率。美國Carnegle-Meon大學(xué)用視黃基席夫堿制成的吸波涂層可使目標(biāo)的RCS減縮80%,而比重只有鐵氧體的10%[16]。國內(nèi)研制出一種透明吸波材料,就是一種能導(dǎo)電的高分子聚合物苯胺和氛酸鹽晶須的混合物,懸浮在聚胺脂或其他聚合物基體中,這種材料可以噴涂,也可以與復(fù)合材料組成層合材料。這種涂層的特點(diǎn)是吸波劑在涂層內(nèi)分布均勻,改變了傳統(tǒng)吸波材料涂層組分分布不均勻的缺點(diǎn),因此不必增加厚度來提高頻帶寬度,并且工藝簡單,只要采用改進(jìn)的噴槍就可以在飛機(jī)任何部位(包括機(jī)頭、尾翼以及鉚釘、接縫等處)實(shí)施噴涂,特別適合對(duì)老飛機(jī)的隱身改裝。此外這種吸波涂層是光學(xué)透明的,適合座艙蓋及夜視紅外裝置電磁窗口的隱蔽。4.7其它隨著雷達(dá)隱身問題的逐步解決,可見光及紅外隱身的問題逐漸突出,雷達(dá)波、紅外波、可見光是處于不同波段的電磁波,如何使涂層在幾個(gè)波段彼此兼容,使可見光、紅外及雷達(dá)兼容吸波材料,將是今后研究的主要方向之一。國外先進(jìn)的多功能隱身材料在可見光、近紅外、遠(yuǎn)紅外、8mm和3mm五波段一體化方面取得較大進(jìn)展。美國研制的多功能吸波涂層在毫米波30～100kHz的吸收率為10～15dB,中紅外3～5微米,輻射率為0.6-0.95,可見光的光譜特性與背景基本一致[17]。德國研制的半導(dǎo)體多功能隱身材料在可見光范圍有低反射率,在紅外波段有低輻射率,在毫米波段有高吸收率。這種涂層可同時(shí)對(duì)抗可見光、近紅外線、激光、熱紅外和雷達(dá)的威脅,兼容型的吸波材料現(xiàn)均為多層結(jié)構(gòu)。Disenroth提出的一種由反熱紅外探側(cè)的面漆加反雷達(dá)探側(cè)的底漆構(gòu)成的隱身材料就是一個(gè)簡單而典型示范的例子。國外還有一種形式類似但結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多層復(fù)合材料。研制這類多頻段兼容隱身材料的關(guān)鍵是使表層材料具有良好的頻率選擇特性。在雷達(dá)吸波材料的上面涂數(shù)一層紅外涂料,在一定的厚度范圍內(nèi),可以同時(shí)兼顧兩種性能,且雷達(dá)波吸收性能基本保持不變,只是隨紅外涂層厚度增加,諧振峰向低頻平移,同時(shí)也能保證原涂層的紅外輻射性能不變。 目前國內(nèi)在積極地進(jìn)行紅外隱身涂料的研究。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個(gè)到幾千微米厚的陶瓷金屬,可使3～5微米以及8～12微米的紅外發(fā)射系數(shù)小于0.4。為最大限度降低雷達(dá)隱身材料的紅外發(fā)射率,還可采用二維光柵,它是一種厚度極小的金屬膜,紅外發(fā)射系數(shù)小于0.2。這種二維光柵可以引入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中,以確保機(jī)體既有高的吸波水平,又有相當(dāng)?shù)偷募t外發(fā)射系數(shù)。5結(jié)語 傳統(tǒng)的電磁屏蔽與吸波材料強(qiáng)調(diào)的是強(qiáng)衰減,而新型的材料則大多采用復(fù)合技術(shù),突出質(zhì)量輕、頻帶寬和性能好的特點(diǎn),能滿足于不同環(huán)境和應(yīng)用場合的需求,因此開發(fā)和研制新一代的多頻、輕質(zhì)、智能型的電磁屏蔽與吸波材料必將成為日后的重點(diǎn)。ResearchDevelopmentofElectromagneticInterferencesShieldingandWave-absorbingMaterialsAbstract:Thesignificanceofelectromagneticinterferenceshieldingmaterialandwave-absorbingmaterialwasexplained,Themechanismsofshieldingandwave-abso-rbingwereanalyzed,Therecentprogressandapplicationofelectromagneticshieldingandwave-absorbingmaterialswerereviewed.Keywords:electromagneticshieldingmaterial、wave-absorbingmaterial參考文獻(xiàn)[1]BE凱瑟.電磁兼容原理[M].電子工業(yè)出版社,1985,101-113.[2]何益艷,杜仕國,姜志博.電磁屏蔽導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2003,(2):52-54.[3]KOULS.ConductingpolyanilinecompositeforESDandEMIat10GHz[J]．Pol