1、磁性吸波材料的研究進展及展望土磊，朱保華(桂林電子科技大學材料科學為工稈學院，廣西桂林541004)摘要：綜述了磁性吸波材料的研究現狀；總結了鐵氧體磁性吸波材料、金屬微粉磁性吸波材料、多晶金 屬纖維磁性吸波材料和納米磁性吸波材料的最新研究進展；指山了日前研究存在的一些問題。通過對 比發現，磁性吸波材料研究的卞耍趨勢為尺度納米化、結構復合化以及形貌纖維化。不同損耗機制的復 合化將是廿前磁性吸波材料的重耍發展方向。關鍵詞：吸波材料；鐵氧休：金屬微粉；多晶纖維；納米材料中圖分類° ：tm 25; tm 27文獻標志碼：a文章編號：1671- 8887( 2011)02- 0037-04re

2、search progress and prospectsof magnetic absorbing material sw an g lei, z h u bao - hua(sch ool o f m aterial s sci en ce an d engin eer ing , g u ili n un iversit yof e lectro ni c science an d t ech n ology , gu il in 541004 , ch in a )abstract: th e recen t research st ate o n m agn et ic ab sor

3、b ing m ateri al s w as review ed t ii e lat est p rogr ess o f elect rom agnet ic vv ave abso rben ts in f er rit e , m etal pow der , pol ycr y_ stall ine m et al f ibers an d nan o_m at erials w as sum m ari zed som e def iciencies in curr en t re sear ch . w as p oin ted o ut. by com p arison ,

4、th e m ain t rcn ds of m agn eti c m icrow ave ab sorb ent s w ere f or w iird t o n ano_scale, com po si te str uctur e an d f ib rou s m o r p ho logy. t he com p osit e of d if f eren t loss m ech an ism w il 1 be an im po rt ant di rect ion o f m icrow ave absorb ers.key words: abso rbin g m at

5、erials; f err it e; m et al p ow1引言隨著屯子技術的飛速發展，人們日常牛活中受 到的電磁輻射不斷增多；同時為適應現代戰爭的需 要，隱身材料在武器中將被廣泛應用，因此，吸波材 料的研究具有重要的實用價值。吸波材料是一種能 量轉換材料，能夠冇效地吸收電磁波，并通過能量 轉換將電磁能耗散掉或使電磁波因干涉而消失。吸 波材料包括抗電磁干擾和微波吸收材料，甚至還包 括從聲波到紅外線的吸收材料，其應用范圍逐步擴 大。磁性吸波材料是冃前研究和應用最多的一類。 本文主要對近年來磁性吸波材料的研究進展進行棊金項口：國琢:自然基金(50961005);廣西信息材料豆點實驗室上任棊金

6、(桂料能0710908- 12z) 作者簡介：土磊(1987),男,湖南岳陽人.碩士研究生.研究方向: 吸波材料。收稿日期:2011-01-27d er; p olycr yst allin e f ibers; n an o_m ater ials分類總結。2吸波材料分類吸波材料有許多分類方法，目前尚未有權威的 定論，主要冇三種分類法：按損耗機理的不同，可分為介電型吸波材料和磁性吸波材料。介電型吸波 材料的主要特點是具有高的介電常數和較大的介電 損耗角，以介質的電子極化或界面衰減來吸收電磁 波：磁性吸波材料損耗機理主耍為鐵磁共振吸收，具 冇較大的磁損耗角，以渦流損耗、磁滯損耗、剩余損 耗機制

7、衰減，吸收電磁波。按成型t藝和承載能力可分為涂覆型和結構型兩類。涂覆型吸波材料是 具有電磁波吸收功能的涂料，其工藝簡單，使用方 便，因容易調節而受到重視，隱身兵器幾乎都使用了 涂覆型吸波材料：結構空吸波材料具有承載和吸波 的雙重功能，其結構形式有蜂窩狀、角錐狀和波紋狀 等。按吸收原理可分為吸收型和干涉型。吸收型 主耍是材料本身對雷達波損耗吸收；干涉型則是利 用吸波層表面反射和底層反射波的振幅相等、相位 相反進行干涉抵消。3磁性吸波材料研究現狀3.1鐵氧體磁性吸波材料鐵氧體磁性吸波材料是一種復介質材料，對電 磁波的吸收既有介電特性方而的極化效應又有磁 損耗效應。具冇吸收率高、涂層薄和頻帶寬等優點

8、， 被廣泛應用丁-雷達吸波材料領域。美國b_2隱形轟 炸機和t r_1高空偵察機均使用鐵氧體作為吸波材 料制備雷達波隱身涂層。鐵氧體吸波材料的制備方法有固相合成法、水 熱合成法、溶膠凝膠法和化學共沉淀法等。id前 鐵氧體磁性吸波材料的主要類型有尖晶石型、磁鉛 石型和石榴石型 hl 。其中對尖晶石型的研究主要 集屮在zn系和ni系以及二者的復合鐵氧體。dong l in zhao等小采用傳統燒結方法制備的niz n鐵氧 體吸波材料，當涂層厚度為3 mm時，反射吸收值小 于-10db的帶寬為3. 3- 12.7 hz,峰值為在頻率 為11.8ghz時的-49. 1 dbo lee等小通過化學共 沉

9、淀法制備得到了 nizncu鐵氧體，通過改變zn 原子的替代數量，在1 ghz得到了 - 47. 05 db的最 小反射吸收值。磁鉛石型鐵氧體吸波材料為六角晶 系，具有較高的磁品各向異性、較大的復磁導率實 部 和虛部 、吸收頻帶寬等優點，其中以 bafe.20.9及其衍生物為代表，按照晶體的結構不同 分為 m、w、x、y、z 和 u 六札 wang jing 等，?' 采用水熱合成法制備的稀上摻雜w型贏鐵氧體， 當涂層匹配厚度為2. im m吋，反射吸收值小于 -10 db的頻帶范圍為9.91&06 gh z,其間吸收 峰峰值達-51.92 db。徐超等菜用檸檬酸溶膠- 凝膠自

10、蔓延法制備的y型bazncocu鐵氧體在x 波段中，匹配厚度為時，反射功率損耗大于 10 db的頻寬在3 ghz以上。鐵氧體磁性吸波材料的不足z處是其復介電 常數實部和復磁導率實部較小，密度大，飽和磁化強度低，居甲溫度低及高溫穩定性差，因此應 用范圍受到限制。當前關于鐵氧體作為吸波材料的 研究可以從納米化（降低密度，提高低頻吸波性 能）、合金化（提高抗氧化能力）、纖維化（降低密度, 提高等效電磁參數）以及添加其他磁性金屬微粉（其中添加稀土元素的研究同取得了較好的效果）等 方面入手，以改善其吸波性能。3. 2金屬微粉磁性吸波材料通常所指的金屬微粉的粒度為0.520 m。金 屬微粉吸波材料具冇居里

11、溫度高、溫度穩定性好、在 磁性材料中磁化強度最高、微波磁導率較大、介電常 數較高等優點，因此在吸波材料領域得到廣泛應 用。它主要是通過磁滯損耗、渦流損耗等方式吸收 電磁波。金屬微粉吸波材料已得到實際應用。如美國 f/a.18c/d大黃蜂 隱身飛機使用的就是撥基鐵 微粉吸波材料。金屬微粉磁性吸波材料主要有： 按基金屬微 粉吸波材料； 通過熬發、還原、有機醇鹽等工藝得 到的磁性金屬微粉吸波材料等。前主要使用的金屬微粉的尺寸通常是110 m,對丁金屬微粉磁性吸波材料的研究主要集 中在其合金及其化合物方而110-，,并且取得了較好 的效果。有項對于fe_co合金磁性微粉和中空碳 纖維吸波性能對比的研究

12、表明,fe_co合金磁性微 粉的吸波性能優于中空碳纖維的吸波性能問，前者 在218 ghz的范圍內小于-5db的吸收帶寬達 到12.12gh zo林培豪等'采用電弧熔煉后高能球 磨和晶化熱處理方法制備的ndfeb吸波微粉以及 潘順康等hl采用類似的方法制備的yfecr合金吸 波微粉都獲得了較好的吸波杵能。有研究表明，扁 平化處理（即高能球磨）明顯改善了合金磁性微粉吸 波材料的吸波性能際o雖然對于磁性金屬微粉吸波性能的研究取得了 較好的效果和應用，但是由于磁性金屬微粉的密度 大，抗氧化、耐酸堿能力差，遠不如鐵氧體；磁性金屬 微粉的填充率不會很高，電阻率低，介屯常數較高且 頻譜特性并、低頻

13、段吸收性能較養等原因，磁性金屬 微粉向納米尺度和復合化的研究l,7jsi將會是今后 的一個重要研究方向。3.3多晶金屬纖維磁性吸波材料多晶金屬纖維磁性吸波材料的吸波機理是渦流 損耗和磁滯損耗，此外它還是一種良導體，具有較強 的介電損耗吸收性能，在外界交變電場的作用下，纖 維內的電子產生振動，將電磁能部分轉化為熱能。 多晶鐵纖維具冇獨特的形狀各向異性，可在很寬的 頻帶內實現高吸收，質量比傳統的金屬微粉材料減 輕40%60%,克服了大多數磁性材料的嚴重缺 陷。多晶鐵纖維吸波材料貝-有重昴輕、而密度小 （可降至1.52kg/n）2）、頻帶寬（4 18ghz）的優 點，并且可以通過調節纖維的長度、育徑

14、、排列方 式、分散劑的含量等調節材料的電磁參數。在國外，美國3m公司研制出的亞微米級多晶 鐵纖維吸波涂層在46 ghz頻帶內的反射率低于 5db,在620 ghz頻帶內的反射率低于10 db,在1（）. 5 13.5ghz頻帶內的反射率低于20 dbo歐洲gam m a公司利用多晶鐵纖維吸波材料 成功研制出雷達隱身涂層，實現了寬頻的吸收，其 最人吸收可達34 dbo據報道，該技術已成功用于法 國戰略導彈和載人飛行器上。在國內，關于多晶金屬纖維磁性吸波材料的研 究還處于起始階段，僅有些初步的探討1，9'22',在 材料的制備、測試、設計方面還很薄弱，需耍更深入 地研究。3. 4納

15、米磁性吸波材料納米材料是指材料尺寸為納米級（通常為1 100 nm）。納米材料獨特的結構使其具冇隧道效丿、'、八 量子效應、小尺寸效應和界血效應等特點。將納米 材料作為吸收劑制成涂料，不僅能很好地吸收電磁 波，而且涂層薄，吸收頻帶寬。納米磁性吸波材料的主要形態包括納米顆粒 或超微顆粒、多層膜、納米顆粒膜（相對多層膜來 說，納米顆粒脇中的鐵磁性顆粒呈無規則的統計分 布）和納米組裝體系。納米磁性吸波材料理論研究體現在如下兒個 方而：納米晶粒間強交換偏置效應使混亂取向的 晶粒磁矩趨于平行排列，使得材料的矯頑力大幅度 下降，靜態起始磁導率顯著提高；小尺寸的晶粒、人量存在的晶界和晶格畸變可導致材

16、料的電阻率 顯著增人，從而提高高頻磁導率；具有強各向異性使其口然共振頻率到達微波頻率，從而保持高的 磁導率；阻尼系數的增大將降低吸收峰值，但可 以提高半峰的頻寬。上述因素決定了微波磁導率和 磁損耗的主要影響機理和作用規律，為納米磁性材 料可作為微波吸收劑提供了可靠的依據'o目前研究的主要方向有納米磁性薄膜吸波材 料、納米金屬與合金吸波材料、納米陶瓷吸波材料、 納米氧化物吸波材料、納米復合吸波材料等瞭）。 單一的納米金屬粉或氧化物 期的吸波性能仍存在 頻帶窄、吸收效果養的缺點，而采取復合方式制得 的合金粉體吸波 性能優于純的納米級金屬。如 l i xue.ai等【巧在fe.d 納米晶上裹

17、覆n i_b合金制 得了粒徑分布為20 50 nm的復合納米顆粒，并在2- 18 ghz的雷達波卜考查了 ni_b合金復合球形 納米顆粒與純feich納米晶的微波吸附性能，發現 裹覆ni_b合金后的復合球形納米顆粒大大增強了 微波吸附能力，在磁共振頻率為3. 24. 6 ghz的 范圍內，最小反射率衰減卜降了 l（）db。陳康華等卿| 通過對鋁板進行陽極氧化，而后在鋁的陽極氧化多 孔膨中沉積鐵、線等磁性金屬納米線陣列，制成鋁基 磁性納米線陣列吸波材料。這種材料具有吸波層 薄、吸收率高、與金屬基體結合強、易于制備的特點， 是一種新型納米磁性薄膜吸波材料。土建等朗以碳 納米管和四針狀納米氧化鋅混合

18、物作為吸收劑、環 氧樹脂為粘接劑制備吸波涂層，當涂層厚度為1.5 mm時，吸波涂層的最小反射率為-23. 07db,小于 -10db的帶寬為5ghz°胡照文等'采用氣體霧化工藝制備的tu摻雜鐵合金粉為原料，經高能球 磨處理和真空退火處理制備薄片狀外形和納米晶微 結構的th摻雜鐵基合金吸收劑，選用改性聚氨酯 為膠粘劑，以th摻雜鐵基合金吸收劑為填料制備 了吸波涂層，厚度為1 mm的涂層在2- 18 ghz全 頻段吸波性能優于-4. 5 db。干晨等i利用超聲和 酸處理工藝將膨脹石墨剝離成納米厚度的薄片，并 利用簡單的共沉積和退火還原工藝在石墨薄片上均 勻沉積了鐵鉆銀磁性合金粒子

19、，這種fesc06n i/石 墨薄片作為吸波劑的復合材料在12.6 ghz處最大 吸收可達24 db,有效吸收帶寬（v5 db）達8ghzo吸波材料的重要發展方向是提高高頻磁導率和 磁損耗并改善其頻率特性，磁性材料納米化技術很 可能是實現這目標的有效途徑。今后關于納米吸 波材料的研究將主耍集中丁納米材料的電磁性能機 理、復合納米材料的制備和處理陽、含納米材料吸 波器件的設計和制造等方血。其屮，復合納米材料 的制備和處理工藝作為整個研究的基礎具冇突出的 重要性。4結束語綜上所述，目前國內外在磁性吸波材料的研制 方面還存在頻帶窄、密度大、性能低籌缺點，應用范圍 受到一定限制。今后的主要研究方向將會

20、是：(1) 探索質輕、寬頻、無污染的多功能高效吸波 材料、研究兼容型吸波材料(即能兼容米波、厘米 波、毫米波及紅外激光等多波段的吸波材料)、拓寬 吸波波段是未來發展的方向之、(2) 探索寬頻范圍內電磁參數頻散效應不敏感 的新型損耗型吸波介質，可在寬頻率范圍內同時滿 足阻抗匹配和強吸收，將是未來吸波材料研究的熱 點和難點。(3) 研發既能隱身又能承載的多功能結構型吸 波材料，以及能自動對外界作岀最佳響應功能的智 能型吸波材料，也是未來隱身材料的主要發展方向 之一。(4) 開發具冇納米異質結構包覆的亞微米金屬 磁性纖維制備技術將是一個較有前景的新的研究 方向。參考文獻：i 周克省.劉寶剛，黃可龍，

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