吸波材料

1.1 隨著現代科學技術的發展，電磁波輻射對環境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫院、行動電話常會幹擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋並削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學的一大課題。

1.2 電磁輻射通過熱效應、非熱效應、累積效應對人體造成直接和間接的傷害。研究證實，鐵氧體吸波材料性能最佳，它具有吸收頻段高、吸收率高、匹配厚度薄等特點。將這種材料應用於電子設備中可吸收泄露的電磁輻射，能達到消除電磁干擾的目的。根據電磁波在介質中從低磁導向高磁導方向傳播的規律，利用高磁導率鐵氧體引導電磁波，通過共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過耦合把電磁波的能量轉變成熱能。

1.3 吸波材料在設計時，要考慮兩個問題，1）、電磁波遭遇吸波材料表面時，儘可能完全穿過表面，減少反射；2）、在電磁波進入到吸波材料內部時，要使電磁波的能量盡量損耗掉；

2.1按吸波材料的損耗機制分類：

1）、電阻型損耗，此類吸收機制和材料的導電率有關的電阻性損耗，即導電率越大，載流子引起的宏觀電流（包括電場變化引起的電流以及磁場變化引起的渦流）越大，從而有利於電磁能轉化成為熱能。

2）、電介質損耗，它是一類和電極有關的介質損耗吸收機制，即通過介質反覆極化產生的“摩擦”作用將電磁能轉化成熱能耗散掉。電介質極化過程包括：電子云位移極化，極性介質電矩轉向極化，電鐵體電疇轉向極化以及壁位移等。

3）、磁損耗，此類吸收機制是一類和鐵磁性介質的動態磁化過程有關的磁損耗，此類損耗可以細化為：磁滯損耗，旋磁渦流、阻尼損耗以及磁後效效應等，其主要來源是和磁滯機制相似的磁疇轉向、磁疇壁位移以及磁疇自然共振等。此外，最新的納米材料微波損耗機制是如今吸波材料分析的一大熱點。

2.2 按吸波材料的元素分類：

1）、碳系吸波材料，如：石墨烯、石墨、炭黑、碳纖維、碳納米管；

2）、鐵系吸波材料，如：鐵氧體，磁性鐵納米材料；

3）、陶瓷系吸波材料，如：碳化硅；

4）、其他類型的材料，如：導電聚合物、手性材料（左手材料）、等離子材料；

3.1尖劈形

微波暗室採用的吸收體常做成尖劈形（金子塔形狀），主要由聚氨酯泡沫型、無紡布難燃型、硅酸鹽板金屬膜組裝型等。隨著頻率的降低（波長增長），吸收體長度也大大增加，普通尖劈形吸收體有近似關係式L/λ≈1，所以在100MHz時，尖劈長度達3000mm，不但在工藝上難以實現，而且微波暗室有效可用空間也大為減少。

3.2 單層平板形

國外最早研製成的吸收體就是單層平板形，後來製成的吸收體都是直接貼在金屬屏蔽層上，其厚度薄、重量輕，但工作頻率範圍較窄。

3.3　雙層或多層平板形

這種吸收體可在很寬的工作頻率範圍內工作，且可製成任意形狀。如日本NEC公司將鐵氧體和金屬短纖維均勻分散在合適的有機高分子樹脂中製成複合材料，工作頻帶可拓寬40%～50%。其缺點是厚度大、工藝複雜、成本較高。

3.4　塗層形

在飛行器表面只能用塗層型吸收材料，為展寬頻率帶，一般都採用複合材料的塗層。如鋰鎘鐵氧體塗層厚度為2.5mm～5mm時，在厘米波段，可衰減8.5dB;尖晶石鐵氧體塗層厚度為2.5mm時，在9GHz可衰減24dB；鐵氧體加氯丁橡膠塗層厚度為1.7mm～2.5mm時，在5GHz～10GHz衰減達30dB左右。

3.5　結構形

將吸收材料摻入工程塑料使其既具有吸收特性，又具有載荷能力，這是吸收材料發展的一個方向。

如今，為進一步提高吸收材料的性能，國外還發展了幾種形狀組合的複雜型吸收體。如日本採用該類吸收體製成的微波暗室，其性能為：136MHz，25dB；300MHz，30dB；500MHz,40dB;1GHz～40GHz,45dB。

在日益重要的隱身和電磁兼容（EMC）技術中，電磁波吸收材料的作用和地位十分突出，已成為現代軍事中電子對抗的法寶和“秘密武器”，其工程應用主要在以下幾個方面。

4.1　隱身技術

在飛機、導彈、坦克、艦艇、倉庫等各種武器裝備和軍事設施上面塗復吸收材料，就可以吸收偵察電波、衰減反射信號，從而突破敵方雷達的防區，這是反雷達偵察的一種有力手段，減少武器系統遭受紅外製導導彈和激光武器襲擊的一種方法。如美國B－1戰略轟炸機由於塗復了吸收材料，其有效反射截面僅為B－52轟炸機的1/50；在0H－6和AH－1G型眼鏡蛇直升機發動機的整流罩上塗復吸收材料后可使發動機的紅外輻射減弱90%左右。在1990年的海灣戰爭中，美國首批進入伊拉克境內的F－117A飛機就是塗復了吸收材料的隱形飛機，它們有效避開了伊拉克的雷達監測。

據悉，瑞典海軍如今研製成功的世界上第一艘隱形戰艦已投入使用，美、英、日、俄等國均已研製出自己的隱形坦克和其它隱形作戰車輛。此外，電磁波吸收材料還可用來隱蔽著落燈等機場導航設備及其它地面設備、艦船桅杆、甲板、潛艇的潛望鏡支架和通氣管道等設備。

4.2　改善整機電磁兼容性能

飛機機身對電磁波反射產生的假信號，可能導致高靈敏機載雷達假截獲或假跟蹤；一駕飛機或一艘艦船上的幾部雷達同時工作時，雷達收發天線間的串擾有時十分嚴重，機上或艦上自帶的干擾機也會幹擾自帶的雷達或通信設備……。為減少諸如此類的干擾，國外常用吸收材料優良的磁屏蔽來提高雷達或通信設備的性能。如在雷達或通信設備機身、天線和周圍一切干擾物上塗復吸收材料，則可使它們更靈敏、更準確地發現敵方目標；在雷達拋物線天線開口的四周壁上塗復吸收材料，可減少副瓣對主瓣的干擾和增大發射天線的作用距離，對接收天線則起到降低假目標反射的干擾作用；在衛星通信系統中應用吸收材料，將避免通信線路間的干擾，改善星載通信機和地面站的靈敏度，從而提高通信質量。

4.3　RFID天線抗金屬隔離應用

此應用主要是利用一類高磁軌率，低損耗型吸波材料的高磁軌率特性；使用時，將吸波片插入13.56MHz回形天線和金屬基板之間, 增加感生磁場通過吸波材料本身，減少通過金屬板的幾率，從而減少感生渦流在金屬板中產生，進而減少感生磁場的損耗，同時，因為吸波片的插入，實測的寄生電容也會減少，頻率偏移減少，與讀卡器的共振頻率相一致，從而改善讀卡距離，當然改善程度取決於吸波材料特性的優良程度.

4.4　安全保護

由於高功率雷達、通信機、微波加熱等設備的應用，防止電磁輻射或泄漏、保護操作人員的身體健康是一個全新而複雜的課題，吸收材料就可達到這一目的。另外，如今的家用電器普遍存在電磁輻射問題，通過合理使用吸收材料及其元器件也可有效地加以抑制。

4.5　微波暗室

由吸收體裝飾的壁面構成的空間稱為微波暗室。在暗室內可形成等效無反射的自由空間（無噪音區），從四周反射回來的電磁波要比直射電磁能量小得多，並可忽略不計。微波暗室主要用於雷達或通信天線、導彈、飛機、飛船、衛星等特性阻抗和耦合度的測量、宇航員用背肩式天線方向圖的測量以及宇宙飛船的安裝、測試和調整等，這既可消除外界雜波干擾和提高測量精度與效率（室內可全天候工作），還可保守秘密。