01引言

    在人類的發(fā)展歷程中，電磁波科學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的搜索和跟蹤能力正因?yàn)殡娮油ㄓ嵑屠走_(dá)的發(fā)展而得到極大提高，那么現(xiàn)代武器同時(shí)也受到了巨大威脅。隱身技術(shù)就是用來減小被偵查目標(biāo)的雷達(dá)散射截面，從而減小雷達(dá)回波強(qiáng)度，從而大大提高了戰(zhàn)爭(zhēng)武器的作戰(zhàn)能力和生存能力。

隱身技術(shù)的原理

    隱身技術(shù)可以劃分為多個(gè)類別，如：可見光隱身技術(shù)、雷達(dá)隱身技術(shù)、紅外隱身技術(shù)、激光隱身技術(shù)等。在戰(zhàn)爭(zhēng)中雷達(dá)的應(yīng)用已經(jīng)成為最可靠的探測(cè)手段，使用比例超過了60%以上，因此隱身技術(shù)的研究以雷達(dá)隱身技術(shù)為基礎(chǔ)，向著高性能、多方位方向發(fā)展。

    隱身飛機(jī)的機(jī)理本質(zhì)就像是黑色物體易吸收光一樣，隱身飛機(jī)的表面材料會(huì)和電磁波相互作用。隱身飛機(jī)吸收電磁波后，通過吸波材料使電磁波轉(zhuǎn)換成熱能或其他形式的能量，從而最大程度地減少雷達(dá)回波，達(dá)到了隱身的效果。

02吸波材料簡(jiǎn)介

    吸波材料是隱身技術(shù)的核心，材料吸收電磁波的效果直接決定了飛機(jī)被雷達(dá)探測(cè)到的概率。

吸波材料的分類

    根據(jù)電磁波的吸收損耗機(jī)制可以分為介電損耗型，導(dǎo)電損耗型，磁損耗型三大類。

    ①介電損耗型吸波材料是指介質(zhì)通過反復(fù)極化產(chǎn)生“摩擦”而將電磁能轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉。②磁損耗型吸波材料通過磁滯損耗、渦旋損失、磁共振等損耗方式來實(shí)現(xiàn)損耗功能。③導(dǎo)電損耗型吸波材料的機(jī)制和材料的導(dǎo)電率有關(guān)，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生對(duì)抗外界磁場(chǎng)的電流，并且這種電流會(huì)將外界磁場(chǎng)屏蔽掉。

    碳系材料作為介電損耗型和導(dǎo)電損耗型的吸波劑被廣泛關(guān)注，而磁損耗型吸波材料的代表是鐵磁性金屬粉末、鐵氧體等。

03碳系吸波材料

    碳材料主要是依靠介電損耗來完成對(duì)電磁波的衰減，存在一定的局限性。將納米碳材料與金屬材料( 如 Fe、 Ni、Co 等) 及其氧化物相復(fù)合，獲得的復(fù)合材料既具有磁性金屬材料較大飽和磁化強(qiáng)度的優(yōu)越性能，又具備納米碳基材料質(zhì)輕、抗氧化性較好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還滿足對(duì)電磁波的磁損耗和介電損耗。

    電磁波入射到納米碳基金屬復(fù)合材料表面時(shí)，主要由產(chǎn) 生的界面極化、共振效應(yīng)等來達(dá)到電磁波的衰減效果。

碳纖維復(fù)合吸波材料

    碳纖維是一種含碳量在90%以上，主要由高分子聚合物經(jīng)過噴絲、加熱、拉伸等工藝處理而成的纖維狀碳材料，實(shí)心碳纖維具有良好的導(dǎo)電性能。當(dāng)微波到達(dá)其表面時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈反射，無法達(dá)到吸波的效果，但是通過特殊工藝處理，如中空多孔碳纖維、螺旋型碳纖維等，可改良碳纖維材料的介電性能或者改變其微波反射方式，從而達(dá)到微波吸收的效果。碳纖維材料一般具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、高耐腐蝕性等特點(diǎn)，故也常與其他電磁性材料復(fù)合，制備新型吸波材料。

    楊勝林等研究了Fe3O4碳纖維復(fù)合物的吸波性能，結(jié)果表明，引入Fe3O4 后電磁損耗增加，且包覆改性的的吸波效果優(yōu)于共混改性。

碳納米管(CNTs)復(fù)合材料

    碳納米管是由碳原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫管狀結(jié)構(gòu)。其吸波機(jī)理主要是其作為偶極子在電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生耗散電流，耗散電流在周圍的基體作用下被衰減，從而使得電磁能轉(zhuǎn)化成熱能耗散。

    與碳纖維不同，碳納米管有著中控的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行填充改性。林海燕等研究了Fe填充碳納米管復(fù)合材料的吸波性能。結(jié)果表明，樣品反射率隨吸收層匹配厚度的增大，吸收峰向低頻方向遷移。吸收層在 Ku 波段具有較好的吸波效果。

(a) 未填充  (b)填充Fe

石墨烯-金屬復(fù)合材料

    石墨烯是以sp2雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的二維材料。通過氧化－還原法制成的還原氧化石墨烯(rGO)中殘留有大量的缺陷和官能團(tuán)，使石墨烯的電導(dǎo)率降低，同時(shí)這些缺陷和官能團(tuán)的出現(xiàn)可以產(chǎn)生費(fèi)米能級(jí)的局域化態(tài)，均有利于電磁波的吸收和衰減。同時(shí)還原氧化石墨烯基的復(fù)合材料具有三維分層結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)電子傳輸，具有強(qiáng)烈的極化損耗。

    含有石墨烯的三元復(fù)合吸波材料是目前研究的熱點(diǎn)之一，其中還原氧化石墨烯/磁性金屬粉末/聚合物三元協(xié)同增強(qiáng)復(fù)合材料在近期發(fā)展迅速。    

石墨烯結(jié)構(gòu)

04吸波材料的應(yīng)用

隱身技術(shù)

   對(duì)于現(xiàn)代隱身飛機(jī)而言，在保證具有高性能的電磁波吸收性能外，其應(yīng)用的吸波材料還應(yīng)該具有輕、薄、有效吸波頻率盡可能寬的特性，有效吸波頻寬的特點(diǎn)即衰減小于-10dB的頻率寬。

    美國(guó)B-1戰(zhàn)略轟炸機(jī)由于涂復(fù)了吸收材料，其有效反射截面僅為B-52轟炸機(jī)的1/50;在0H-6和AH-1G型眼鏡蛇直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的整流罩上涂復(fù)吸收材料后可使發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外輻射減弱90%左右。在1990年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)首批進(jìn)入伊拉克境內(nèi)的F-117A飛機(jī)就是涂復(fù)了吸收材料的隱形飛機(jī)，它們有效避開了伊拉克的雷達(dá)監(jiān)測(cè)。

    目前除了戰(zhàn)斗機(jī)以外，坦克、艦艇等野越來越多的采用吸波材料來回避偵察電波。

F-117A

電子抗干擾

    隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品特別是移動(dòng)通訊、計(jì)算機(jī)、家用電器的普及，人們生存環(huán)境遭受到電磁波嚴(yán)重污染，城市高層建筑的增多又引起電子環(huán)境的惡化。吸波材料在減輕電磁干擾的鞥方面有重要作用。例如吸波材料廣泛應(yīng)用于RFID/NFC和無線充電等領(lǐng)域，解決RFID/NFC面臨的金屬干擾，解決無線充電的發(fā)熱問題，提高了無線充電的效率。

05總結(jié)

    截止目前，碳系吸波材料取得了一定的突破，但是距離“強(qiáng)、寬、輕、薄”的要求還有一定差距。從研究趨勢(shì)和實(shí)際要求來看，碳基吸波材料的主要發(fā)展方向有材料復(fù)合、結(jié)構(gòu)多樣和機(jī)理協(xié)同等

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