新型纳米吸波涂层材料的研究

波吸收材料的主要组成之一。纳米氧化物吸收剂有单一氧化物和复合氧化物两类，单一氧化物纳米吸收剂主要有Fe2O3、Fe3O4、TiO2、Co3O4、NiO、MoO2、WO3等纳米微粉。单一铁氧体制成的吸波材料，难以满足吸收频带宽、质量轻、厚度薄的要求，因此通常在铁氧体微粉中加入一些添加剂组成复合吸收剂，可使电磁参数得到较好匹配。所以，实际使用的铁氧体吸波涂层往往不是单一的铁氧体涂层，而是通过复合组成复合铁氧体吸波涂层。如铁氧体与羰基铁粉、铁粉、镍粉、炭黑、石墨、碳化硅、树脂等复合形成复合铁氧体纳米微粉吸波材料。铁氧体纳米复合材料多层膜在7～17GHz频率段的峰值吸收为－40dB，小于－10dB的频宽为2GHz。

复合氧化物纳米吸收剂不仅吸波性能优异，而且还兼有抑制红外辐射等多种功能。铁氧体纳米颗粒与聚合物制成的复合材料能有效吸收和衰减电磁波及声波，减小反射和散射，因此铁氧体吸波材料是研究较多且比较成熟的吸波材料。其作用机理可概括为铁氧体对电磁波的磁损耗和介电损耗。

铁氧体吸波材料的纳米化是很有前途的新兴隐身材料研究领域。国内外对此均进行了一定的研究，并取得了一定的研究成果。美国已研制出一系列薄层状铁氧体吸波材料，并成功应用于F－117A战斗机。在对纳米铁氧体吸波材料进行研究的同时，研究者也从各方面探索了超细铁氧体与其它材料复合形成的复合吸波材料。解家英研究了NdO3掺杂对纳米锂铁氧体微波吸收特性的影响，他们采用机械合金化方法制备了纳米晶LiFe5O8和LiFe4.994Nd0.006O8材料，并研究了它们的吸波性能。

3.3纳米陶瓷吸收剂

纳米陶瓷粉体是纳米陶瓷吸波材料的一种新类型，主要有SiC、Si3N4及复合物Si/C/N，Si/C/N/O等，其主要成分为碳化硅、氮化硅和无定型碳，具有耐高温、质量轻、强度大、吸波性能好等优点。尤其是Si/C/N吸波材料，不仅具有以上优点，还具有使用温度范围宽（从室温到1000℃均可使用）、用量小、介电性能可调、可以有效地减弱红外辐射信号的优良特性。例如：Si/C/N和Si/C/N/O纳米吸波材料在厘米波段和毫米波段均有很好的吸收性能；纳米SiC和磁性纳米吸收剂（如纳米金属粉等）复合后，吸波效果大幅度提高。纳米Si3N4在102～106Hz范围内有比较大的介电损耗。这种强介电损耗是由于界面极化引起的，界面极化则是由悬挂键所形成的电偶极矩产生的。纳米陶瓷类吸收剂的特点是在高温下抗氧化性较强，吸波性能稳定。

3.4纳米石墨吸收剂

纳米陶瓷吸收剂最早的应用可以追溯到二战期间，德国把炭黑加入到飞机蒙皮的夹层中用来吸收雷达波，由于密度小，常被用来填充在蜂窝的夹层结构中。导电炭黑还常用来与高分子材料复合，调节高分子复合材料的导电率，以达到良好的吸波效果。石墨现已经应用于结构吸波材料。美国在石墨-热塑性树脂基复合材料和石墨-环氧树脂基复合材料的研究方面取得了很大进展，这些复合材料在低温下（－53℃）仍保持韧性，只是对高温和高湿度环境比金属稍微敏感。美国研制出的"超黑粉"纳米吸波材料，对雷达波的吸收率高达99％，并在B-2隐形轰炸机上成功应用，目前正在研究覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料。这种"超黑粉"纳米吸波材料实质上就是用纳米石墨作吸收剂制成的石墨-热塑性复合材料和石墨-环氧树脂复合材料，不仅吸收率高，而且在低温下仍能保持很好的韧性。另外石墨和炭黑也被用在掺杂高损物吸波涂料中，这类吸波涂料由导电纤维与高损物（如炭黑、陶瓷和黏土等）和树脂组成，其中导电纤维的长度是雷达波波长的一半，高损物的厚度最好是雷达波波长的1/4的奇数倍。石墨、乙炔炭黑作为高温吸收剂的缺点是高温抗氧化性差。

3.5纳米碳化硅吸收剂

单纯纳米SiC并不能够吸收雷达波，需要对其进行一定的掺杂，以提高SiC的电导率，通常在SiC中能够进行掺杂的元素有B、P、N等。西北工业大学通过对纳米SiC进行掺杂，得到了纳米Si/C/N吸收剂，具有很好的吸波性能。Si/C/N纳米复合吸收剂能够吸波的主要原因是在吸收剂中形成的SiC晶格中固溶了N原子，固溶的N原子在晶格中取代C原子的位置，形成晶格缺陷。在正常的SiC晶格中，每一个C原子和每一个Si原子分别与周围4个相邻的硅原子以共价键相连接，同样每一个硅原子也与周围4个相邻的Si原子和C原子以共价键相连接。当N原子取代C原子进入SiC中后，由于N原子只有三价，只能与3个Si原子成键，而另外1个Si原子将剩余1个不能成键的价电子，形成1个带负电的缺陷。由于原子的热运动，这个电子可以在N原子周围的4个Si原子上运动，从一个Si原子上跃迁到另一个Si原