中國(guó)新型涂料網(wǎng)訊：

 

       介紹了納米吸波劑的吸波原理和結(jié)構(gòu)特性，綜述了其研究現(xiàn)狀，并對(duì)納米金屬與合金吸波劑、納米鐵氧體吸波劑、納米陶瓷吸波劑和納米導(dǎo)電高分子吸波材料進(jìn)行了初步探討。

 

       1引言

 

       隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界各國(guó)的防御體系被敵方探測(cè)、跟蹤和攻擊的可能性越來(lái)越大，軍事目標(biāo)的生存能力和武器系統(tǒng)的突防能力受到了嚴(yán)重威脅。隱身技術(shù)作為提高武器系統(tǒng)生存、突防，尤其是縱深打擊能力的有效手段，已經(jīng)成為集陸、海、空、天、電、磁六維一體的立體化現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中最重要、最有效的突防戰(zhàn)術(shù)技術(shù)手段，并受到世界各國(guó)的高度重視。現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)吸波材料的吸波性能要求越來(lái)越高，一般傳統(tǒng)的吸波材料很難滿(mǎn)足需要。由于結(jié)構(gòu)和組成的特殊性，使得納米吸波涂料成為隱身技術(shù)的新亮點(diǎn)。納米材料是指三維尺寸中至少有一維為納米尺寸的材料，如薄膜、纖維、超細(xì)粒子、多層膜、粒子膜及納米微晶材料等，一般是由尺寸在1～100nm的物質(zhì)組成的微粉體系。

 

       2納米吸波涂層的吸波原理和結(jié)構(gòu)特性

 

       吸波材料的吸波實(shí)質(zhì)是吸收或衰減入射的電磁波，并通過(guò)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。吸波材料可以分為電損耗型和磁損耗型2類(lèi)。電損耗型材料主要靠介質(zhì)的電子極化、離子極化、分子極化或界面極化來(lái)吸收、衰減電磁波。磁損耗型材料主要是靠磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁激化機(jī)制來(lái)引起電磁波的吸收和衰減。由于納米晶粒細(xì)小，使其晶界上的原子數(shù)多于晶粒內(nèi)部的，即產(chǎn)生高濃度晶界，使納米材料有許多不同于一般粗晶材料的性能。納米微粒具有小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電效應(yīng)和宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)等。納米材料之所以具有非常優(yōu)良的吸波性能，主要是以下原因：首先，納米材料具有高濃度晶界，晶界面原子的比表面積大、懸空鍵多、界面極化強(qiáng)，容易產(chǎn)生多重散射，在電磁場(chǎng)輻射作用下，由于納米粒子的表面效應(yīng)造成原子、電子運(yùn)動(dòng)的加劇而磁化，使電磁能更加有效地轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的吸波效應(yīng)；其次，量子尺寸效應(yīng)的存在使納米粒子的電子能級(jí)發(fā)生分裂，分裂的能級(jí)間隔正處于微波的能級(jí)范圍（10-2~10-5eV），從而成為納米材料新的吸波通道；此外納米離子具有較大的飽和磁感、高的磁滯損耗和矯頑力，使得納米材料具有渦流損耗高、居里點(diǎn)及使用溫度高、吸波頻率寬等性能。納米材料的這種結(jié)構(gòu)特征使得納米吸波材料具有吸收頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量輕和厚度薄等特點(diǎn)，易滿(mǎn)足雷達(dá)吸波材料“薄、輕、寬、強(qiáng)”的要求，是一種非常有發(fā)展前景的高性能、多功能吸收劑。

 

       3新型納米吸波材料的種類(lèi)和主要研制方法

 

       納米技術(shù)的迅速發(fā)展及納米微粉優(yōu)良的電磁吸波性能使得納米吸收劑成為國(guó)內(nèi)外研究的方向和熱點(diǎn)。

 

       3.1納米金屬與合金吸收劑

  

       納米金屬和合金吸波材料主要是通過(guò)磁滯損耗、渦流損耗等機(jī)制吸收損耗電磁波的。納米金屬粉吸波材料主要包括納米羰基金屬粉吸波材料和納米磁性金屬粉吸波材料兩大類(lèi)。納米羰基金屬粉主要包括羰基Fe、羰基Ni和羰基Co等，其中納米羰基Fe最為常用。將羰基Fe與DC805型硅橡膠均勻摻和，吸波劑用量為90%，反射率在2～10GHz頻率范圍內(nèi)低于－10dB。納米磁性金屬粉包括Co、Ni、CoNi、FeNi等，它們的電磁參數(shù)與組分、粒度有關(guān)。納米金屬磁性材料具有很高的飽和磁化強(qiáng)度，一般比鐵氧體高4倍以上[5]，可獲得較高的磁導(dǎo)率和磁損耗，且磁性能具有高的熱穩(wěn)定性。金屬納米粉體對(duì)電磁波特別是高頻至光波頻率范圍內(nèi)的電磁波具有優(yōu)良的衰減性能，但其吸收機(jī)制目前尚不十分清楚。一般認(rèn)為，它對(duì)電磁波能量的吸收由晶格電場(chǎng)熱振動(dòng)引起的電子散射、雜質(zhì)和品格缺陷引起的電子散射以及電子與電子間的相互作用3種效應(yīng)決定。納米金屬和合金吸收劑，主要以Fe、Co、Ni、Cr、Cu等納米金屬粉體為主。納米合金采取多相復(fù)合的方式，其吸波性能優(yōu)于單相納米金屬粉體，吸收率大于10dB的帶寬可達(dá)3.2GHz，諧振頻率點(diǎn)的吸收率均大于20dB，復(fù)合體中各組元的比例、粒徑、合金粉的顯微結(jié)構(gòu)是其吸波性能的主要影響因素。納米合金中以鐵系納米合金的研究為最多，由于鐵－鎳納米合金粉體尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，具有很高的磁能積、剩磁對(duì)溫度的依賴(lài)關(guān)系小和良好的磁化性能。目前制備納米鐵基磁粉或氧化物及合金微粒的方法主要有軟化學(xué)法、超聲分解法、LB膜技術(shù)組裝、原位高分子修飾復(fù)合技術(shù)、溶膠－凝膠電沉積法、溶膠－微乳液化學(xué)剪裁法、化學(xué)熱還原法和機(jī)械合金化法等。

 

       3.2納米鐵氧體及其復(fù)合物吸收劑

 

       納米鐵氧體是一種雙復(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，因此至今仍是微波吸收材料的主要組成之一。納米氧化物吸收劑有單一氧化物和復(fù)合氧化物兩類(lèi)，單一氧化物納米吸收劑主要有Fe2O3、Fe3O4、TiO2、Co3O4、NiO、MoO2、WO3等納米微粉。單一鐵氧體制成的吸波材料，難以滿(mǎn)足吸收頻帶寬、質(zhì)量輕、厚度薄的要求，因此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。所以，實(shí)際使用的鐵氧體吸波涂層往往不是單一的鐵氧體涂層，而是通過(guò)復(fù)合組成復(fù)合鐵氧體吸波涂層。如鐵氧體與羰基鐵粉、鐵粉、鎳粉、炭黑、石墨、碳化硅、樹(shù)脂等復(fù)合形成復(fù)合鐵氧體納米微粉吸波材料。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)合氧化物納米吸收劑不僅吸波性能優(yōu)異，而且還兼有抑制紅外輻射等多種功能。鐵氧體納米顆粒與聚合物制成的復(fù)合材料能有效吸收和衰減電磁波及聲波，減小反射和散射，因此鐵氧體吸波材料是研究較多且比較成熟的吸波材料。其作用機(jī)理可概括為鐵氧體對(duì)電磁波的磁損耗和介電損耗。鐵氧體吸波材料的納米化是很有前途的新興隱身材料研究領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外對(duì)此均進(jìn)行了一定的研究，并取得了一定的研究成果。美國(guó)已研制出一系列薄層狀鐵氧體吸波材料，并成功應(yīng)用于F－117A戰(zhàn)斗機(jī)。在對(duì)納米鐵氧體吸波材料進(jìn)行研究的同時(shí)，研究者也從各方面探索了超細(xì)鐵氧體與其它材料復(fù)合形成的復(fù)合吸波材料。解家英研究了NdO3摻雜對(duì)納米鋰鐵氧體微波吸收特性的影響，他們采用機(jī)械合金化方法制備了納米晶LiFe5O8和LiFe4.994Nd0.006O8材料，并研究了它們的吸波性能。

 

       3.3納米陶瓷吸收劑

 

       納米陶瓷粉體是納米陶瓷吸波材料的一種新類(lèi)型，主要有SiC、Si3N4及復(fù)合物Si/C/N，Si/C/N/O等，其主要成分為碳化硅、氮化硅和無(wú)定型碳，具有耐高溫、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、吸波性能好等優(yōu)點(diǎn)。