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新闻中心您好,您当前的位置:首页 > 新闻中心 纳米技术在吸波材料中的应用

       近20年来,纳米材料和纳米技术在吸收电磁波材料的制备和开发中的应用得到了越来越多的重视。部分纳米材料如纳米磁性颗粒、单层膜和多层膜等具备较优异的吸收电磁波效果,还有可能同时具备频带宽、兼容性强、密度小和厚度薄等优点。广义的纳米材料是指三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。纳米材料的显著特点是:尺寸小、表面积大、往往会呈现量子效应,导致它产生许多不同于常规材料的特异性能。美国、俄罗斯、法国、德国、日本等国家都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。当今世界军事力量强大的国家正投入巨资研究能够包括厘米波、毫米波、红外等电磁波频段的复合纳米吸波材料。

        纳米材料对电磁波的吸收机制通常认为是电子或晶胞体系的自由度有限和比表面积较大而导致的,主要表现在下述方面。首先是纳米材料的表面效应,因为纳米粒子的尺寸很小,比表面积较大,粒子表面悬挂键增多,表面活性极大,加上晶粒内部晶格震动波的连续性被破坏,使得粒子的电、磁、表面性质以及对电磁波发散和衰减性与大尺寸物质截然不同。电子和原子在微波场的辐照下,运动速度较快,磁化、极化和传导行为被极大地促进,电磁能被转化为热能,增强了吸收电磁波的效果;粒子的界面极化弛豫和多重散射也会使吸波性能得到提升;而且纳米材料高的比表面积使得表层平均配位数下降,不饱和键和悬挂键增多,与一般的大块材料相比,缺失了择优键振动模,但存在较宽的化学键振动模分布,有利于拓宽吸收的电磁波的频率范围。第二是量子尺寸效应,当金属粒径小到一定尺寸时,费米能级附近的电子能级可以从准连续变为不连续,出现了非连续的最高占据轨道以及最低未被占据轨道,于是能隙变宽,电子能级被裂开,能级带宽间隔恰好位于微波的能量范围(10-2-10-5 eV),可以形成新的吸波机制。块体金属材料中自由电子的平均自由程一般要比金属纳米粒子的直径大, 这种平均自由程可能被粒子中原子核和纳米粒子壁所限制,导电能力大为降低,出现了纳米粒子的电子自旋、电磁吸收和散射等异常的有利于电磁波吸收的现象。还有一种观点认为, 纳米粒子的等离子体共振频移受量子尺寸影响,可以调整颗粒尺寸来对吸收峰频率的位移进行控制,对特定频带的电磁波进行吸收。也有观点认为,小尺寸颗粒的矫顽力较高,容易发生强磁滞损耗,有利于对电磁波进行吸收。一些纳米材料在吸收微波的同时还可以吸收红外线,容易实现对宽频带电磁波的吸收。纳米复合材料由晶相和非晶相组成,可视为双相材料。对于双相软磁材料在材料内部将出现不利于畴壁运动的杂散磁化,这也使磁损耗增加,宏观反映出材料的电磁参量复磁导率虚部增大。

        在纳米吸波材料的众多研究对象中,金属尤其是铁磁性金属结构具有较高的磁损耗而成为一个重要的研究领域。由于块体金属在电磁波的辐照下表面会产生涡流,严重阻碍了电磁波由自由空间进入到金属材料内部,而且会在金属材料表面形成强烈的反射,不利于对电磁波的吸收。若是通过调整实验条件,将金属材料的尺寸降低到纳米级,不仅可以有效地减少涡流的产生,还可以控制微结构促进对电磁波的吸收。