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新型碳系吸波涂层材料研究进展

时间:2017-07-24 17:17:37  来源:表面技术  作者:陶睿,刘朝辉,班国东,林锐,丁逸栋,杨洪

    随着现代科学技术的日益发展,电磁辐射大幅增加,导致严重的电磁污染,对环境和人体健康都造成了一定的危害。雷达侦查技术的研究与应用使得现代战争中目标装备被敌方发现和打击的概率大大提高,装备的隐身性能严重影响其战场生存能力。目前,无论是解决电磁污染问题,还是实现装备战场隐身,使用吸波涂层材料都是极为有效的办法。吸波涂层材料是指涂覆在装备或建筑表面,能将电磁波转换为热能或其他形式的能量耗散掉或者使电磁波因干涉而消失,从而吸收、衰减入射电磁波的一类功能材料。吸波涂层材料的分类方式比较多,根据其使用的材料不同大致可分为碳系吸波涂层材料、导电聚合物吸波涂层材料、磁性金属微粉吸波涂层材料、铁氧体吸波涂层材料等几类。其中碳系吸波涂层材料因其广泛的来源、简单的制备工艺、低密度、高导电率等优点,受到国内外研究人员的高度重视。

1  吸波涂层材料损耗机制

    吸波涂层材料对电磁波的损耗机制主要分为三种,分别是电阻型损耗、电介质型损耗以及磁损耗。

1.1  电阻型损耗

    电阻型损耗是利用电磁波在材料内部引起耗散电流达到吸波目的,和材料电导率直接相关,一些电导率较高的材料,如石墨、导电高聚物、金属粉等,对电磁波的主要损耗机制就是电阻型损耗。当电磁波在此类材料中传播时,材料等效于处在随时间变化的电磁场中,由于材料内部载流子的存在,会引起宏观电流,并利用电流的热效应将电磁能转换为热能耗散掉。在进入材料内部的电磁波相同的情况下,电导率越高的材料,内部载流子形成的宏观电流也越大,从而对进入材料内部的电磁波的吸收能力相应地比较强。对于具有较高电导率的电阻型损耗吸波涂层材料,如果材料相互连接形成块状的导体,将对电磁波形成强反射作用,因此必须采用相互绝缘的粉末或纤维状材料。

1.2  电介质损耗

    电介质损耗主要是通过介质在反复极化的过程中产生的极化驰豫现象对电磁波进行损耗和吸收,和材料的极化密切相关。电介质在外电场作用下显示电性的现象被称作电介质的极化。在电介质没有受到电场作用的情况下,自由电荷均匀分布在材料表面和内部,宏观上并不显示电性。电磁波的存在起到了给电介质添加外电场的作用,电介质内部的电偶极子发生运动,正负电荷在材料表面和内部的分布不再均匀,宏观上显示出电性。在电磁波形成的交变电场中,正负电场轮流加到电介质上,偶极子的变化频率无法跟上电场高速变化的频率,发生极化弛豫。极化弛豫现象使得材料内部电位移

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