电磁波吸收材料简介

电磁波吸收材料

背景：根据频率的不同，可以将电磁波分为无线电波、紫外线、可见光和红外线等（如图1）。电磁波自被发现以来，其应用已经涉及到我们生活的各个方面，其中最重要的应用就是雷达的探测与反探测。

电磁波吸收材料（以下简称吸波材料）：指能够让接触到材料表面的电磁波进入材料内部，然后通过能量转换，或者干涉等方式将电磁波消耗的一类材料的总称。

电磁波吸收原理：目前，吸波材料的理论依据大多是根据传输线理论来推演：

μ_r=μ′-jμ″，该复数等式代表吸波材料的复磁导率；ε_r=ε′-jε″，该复数等式代表吸波材料的复介电常数；f、c分别表示电磁波的介质传播频率、光在真空中速度，d表示材料的测试厚度。f、c、d是常数或者固定值，因此材料的复介电常数和复磁导率是影响材料吸波性能的最关键的两个指标。μ′、ε′代表吸波材料磁导率、介电常数的实部，μ″、ε″代表吸波材料磁导率、介电常数的虚部，简单来说，材料的μ″、ε″数值越大，材料的吸波性能越好，不过其值越大，可能材料的阻抗匹配性增加，即会影响电磁波进入吸波材料而被反射回去。因此，材料的吸波性能是多种参数综合作用的结果。

吸波材料的分类：吸波材料的分类根据区分对象的不同，可以有不同的分类。大致的分类包括以下：

1、根据材料对电磁波的损耗方式不同将吸波材料分为三类：电阻型、磁介质型、电介质型；

2、根据材料制作工艺以及承载工艺的不同，可分为两类：结构型和涂料涂敷型；

3、根据吸波材料的更新换代、吸波能力的不同，可分为两大类：传统型吸波材料，如铁氧体、碳化硅、石墨等材料；新型吸波材料，如纳米吸波材料、手性吸波材料与电路模拟吸波材料等。

常见的吸波材料：

1、铁氧体：由铁元素、氧元素以及一系列不同价态的金属元素组成，其优点是吸波性能良好、易制备、成本较低，缺点是材料的密度较大、热稳性定较差；

2、碳系吸波材料：指吸波剂的主要构成元素是碳元素，包括石墨、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯等，碳系材料本身的电学性能良好，且各自具有独特的性能，通过改性、修饰等手段，能制备性能较好的吸波材料；

3、导电高聚物：指掺杂了对阴离子或者对阳离子在高分子聚合物中的一类化合物的总称。其优点是密度小、电导率可调，缺点是吸波频带窄，吸波强度低，制作成本高；

4、新型吸波材料：包括纳米吸波材料、电路模拟吸波材料，以及智能吸波材料等。

吸波材料研究趋势：
1、复合化：探测技术的飞速发展，单一组分的材料很难满足现代化的需求，最佳的解决方式是综合不同优点的材料进行复合。通常来说，复合密度较小的电损耗型材料与吸波强度大的磁损耗材料，弥补缺点，优势互补。
2、低维化：纳米材料由特殊尺寸带来的独特性质，如纳米吸波材料的界面特点、多重散射功能，这些性质可以很好的利用到吸波材料上来。目前研究较多的主要是纳米颗粒和纳米纤维吸波材料。
3、兼容化：不同波段雷达探测器的发明，使得单一频段的隐身材料很难取得理想的隐身效果，未来的军事设备要求隐身材料兼容多频谱吸波功能，以达到对各种波段先进探测器的隐身效果。目前研究方向主要针对红外、微波、激光兼容的吸波材料。
4、智能化：智能化吸波材料的宗旨是材料能根据刺激给出的信息，通过传感器，自行做出判断，然后调节自身的电磁参数，从而达到隐身效果。智能化吸波材料无疑是一种理想的吸波材料，最早由美国提出，还有待研究力度的加大。

结论：本文的目的只是简单综合吸波材料相关知识作一个入门级的吸波材料普及，更多相关内容可参阅《电磁波屏蔽及吸波材料》以及相关论文。