表l-1电磁波衰减分级标准
SE/dB 0 10以下 10-30 30-60 60-90 90以上
衰减程度 无 差 较差 中等 良好 优
吸波材料损按照耗机制可以分成为:电阻型吸波材料、电介质型吸波材料和磁介质型吸波材料。按照吸波材料的元素分类有:碳系吸波材料,如:石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、炭黑等;铁系吸波材料,如:铁氧体,磁性铁纳米材料等;陶瓷系吸波材料,如:碳化硅;其他类型的材料,如:等离子材料、手性材料(即左手材料)、导电聚合物等。现代人们一般都把吸波材料做成不同的形状以供生活科技的不同用途。
电阻型吸波材料具有比较高的介电损耗正切值,其在与电场的相互作用过程中,由于介质会发生电子极化衰减和界面极化衰减,故此类材料能够吸收电磁波。这类材料主要有石墨、碳化硅、金属短纤维和导电高聚物等。在很久以前,石墨就已经应用于飞机蒙皮中,通过其具有的吸波性能可以让雷达波探测不到。美国制备出了一些石墨复合材料,其中包括石墨热塑性复合材料和石墨环氧树脂复合材料,对雷达电磁波的吸收率非常高,而且材料耐低温能力也比较强。这两种复合型吸波材料的性能远大于单相石墨吸波材料,因为,炭黑形成的导电回路会于电磁波作用下使得介质极化,产生了和电场同相的电流,从而涡流出现就使得电能化成内能,再耗散掉;还因为复合材料的介电常数值比较高,能与吸波层阻抗相匹配[4]。
电介质型吸波材料就是介电常数实部比较小而虚部比较大的传统电介质材料。介电型吸波材料的厚度大、带宽较低,这种材料吸收电磁波是大多是利用了电介质极化(电子云位移极化、电铁体电畴转向极化和壁位移等)的弛豫损耗来实现的。最常见的介电型吸波材料就是由聚合物粘结剂和导电纤维组成的复合材料。最典型的导电纤维有半导体金属、石墨、金属氧化物和富勒烯等。可以通过调节组元的相对含量,来得出符合阻抗匹配的ε'和ε''组合。
磁介质型吸波材料的吸收机制为磁损耗,这类材料可以通过改变其复磁导率的虚部来调节阻抗匹配、带宽、反射率及涂层的厚度。磁性吸波材料主要有铁氧体、细金属粉、四氧化三铁等。这类材料在微波吸收时,磁分散使得复磁导率的实部在微波频率阶段收敛变小。其中铁氧体吸波材料吸收电磁波的主要机制为自然共振。
1.1.3铁氧体微波吸收材料
铁氧体吸波材料通常具有比较高的ε″和μ″值,所以铁氧体材料相比较于其它吸波材料,其不仅机械性好、环境适应能力强、性质稳定而且磁损耗量非常地大。铁氧体材料是属于双复介电材料,通过介电极化反应以及自然共振来实现吸收电磁波。而在微波吸收中,大多铁氧体因其他原因会被要求其电磁损耗很低,故铁氧体微波吸收材料主要是通过自然共振来吸收电磁波。根据铁氧体的晶体结构不同,将其可以分为尖晶石型、石榴石型和六方磁铅石型[19],其中吸波性能最好的为磁铅石型铁氧体(钡铁氧体、锶铁氧体等)。近年来,国内外的研究者对铁氧体吸波材料性能的研究越来越多,使得吸波材料的研究以及应用也逐渐地走向了成熟。目前对尖晶石型、磁铅石型铁氧体的研究较多,而对石榴石型铁氧体的研究比较少。铁氧体材料本身吸波性能就比较优异,为了改变其最佳匹配频率,可以通过离子掺杂、或者与其他材料相复合来实现。