電磁波吸收材料的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展研究

周璐，劉恩凱

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225000）

電磁波吸波材料是一種功能材料，在很多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，具體包括隱身技術(shù)、抗電磁輻射、微波通訊和防電磁污染等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種先進(jìn)的雷達(dá)、探測器和精確制導(dǎo)武器，這些技術(shù)的出現(xiàn)對軍事武器構(gòu)成了非常大的威脅，因此隱身技術(shù)成為各國研究的重點(diǎn)。所謂的隱身技術(shù)并不是真正的隱身，而是通過降低特征信號，從而使其在一定范圍內(nèi)難以被發(fā)現(xiàn)識別和攻擊。從當(dāng)前的研究來看，在遠(yuǎn)程探測領(lǐng)域，雷達(dá)的應(yīng)用最為廣泛，因此雷達(dá)隱身技術(shù)成為各國研究的重點(diǎn)，除了軍事領(lǐng)域，吸波材料在各種設(shè)備的電磁防護(hù)、各種區(qū)域的輻射防護(hù)等都有重要應(yīng)用。由于電磁波吸收材料在很多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，加強(qiáng)電磁波吸收材料的研究具有重要意義，本文對電磁波吸收材料的應(yīng)用和發(fā)展情況進(jìn)行了探討。

1 吸波材料的應(yīng)用領(lǐng)域

電磁波吸波材料具有廣泛的應(yīng)用，不僅是在軍事領(lǐng)域，在人體的安全防護(hù)、通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁干擾、提高電磁兼容性、改善設(shè)備性能和提高信息保密性等方面都有重要作用，下面對電磁波吸波材料的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1．1 軍事隱身領(lǐng)域

在電磁波吸波材料的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，軍事仍然是最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，軍事科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，各個國家在探測、跟蹤和攻擊能力方面的軍事能力都在不斷提升，使軍事目標(biāo)的生存能力和武器系統(tǒng)的突防能力帶來了更大的挑戰(zhàn)，而為了應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，發(fā)展隱身技術(shù)是非常重要的。在軍事隱身領(lǐng)域，隱身技術(shù)分為外形隱身和材料隱身兩大方面，其中外形隱身是指通過改變外形，減少反射面積，達(dá)到避免被雷達(dá)偵測到；材料隱身則是指通過在軍事目標(biāo)上應(yīng)用吸波材料，吸收雷達(dá)波，從而減少入射雷達(dá)波，減少雷達(dá)散射截面等，從而在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)的“隱身”。當(dāng)前，在軍事目標(biāo)上吸波材料已經(jīng)獲得了重要應(yīng)用，包括飛機(jī)、坦克、艦船和導(dǎo)彈等的隱身領(lǐng)域。

1．2 廣播、電視發(fā)射臺的電磁輻射防護(hù)

電視、廣播等需要發(fā)射臺，會對周圍區(qū)域造成一定的輻射，而通過應(yīng)用電磁吸波材料，可以對其產(chǎn)生的電磁輻射進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)輻射頻率較高的波段來選擇具有良好吸波效果的涂料，涂蓋在建筑物表面，從而使進(jìn)行室內(nèi)的場強(qiáng)衰減。此外，還有吸波和屏蔽性能的涂料，可以對一定范圍內(nèi)的電磁波進(jìn)行屏蔽，這些材料在廣播、電視發(fā)射臺的電磁輻射領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

1．3 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備電磁輻射的防護(hù)

在工業(yè)、醫(yī)療以及科學(xué)研究等領(lǐng)域，會應(yīng)用到很多產(chǎn)生大量電磁輻射的設(shè)備，若不采取有效措施來進(jìn)行防護(hù)，會破壞自身的工作環(huán)境，同時干擾周圍設(shè)備的正常運(yùn)行。舉例來說，機(jī)器內(nèi)的二次雜波問題就是由于電磁輻射導(dǎo)致的，其會導(dǎo)致設(shè)備的程序混亂，從而影響試驗(yàn)、檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果存在較大的偏差，影響到科研、醫(yī)療和工業(yè)生產(chǎn)等的正常運(yùn)行，甚至影響到工作人員的安全。此外，這些電磁設(shè)備產(chǎn)生的輻射，會影響到工作人員的身體健康，因此在這些領(lǐng)域應(yīng)用吸波材料，對設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射進(jìn)行防護(hù)，具有重要的意義，可以提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時降低對工作人員身體的傷害。

1．4 家用電器的電磁輻射防護(hù)

隨著人們生活水平提高，在家居生活中應(yīng)用到的電器越來越多，如電冰箱、電視機(jī)等，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中都會產(chǎn)生電磁輻射，只是由于電磁波不可見，因此人憑感覺不能夠感受到，這也提升了其危害性和危險性。當(dāng)前，對于家用電器等設(shè)備的電磁輻射防護(hù)要求不斷提高，對于家用電器等設(shè)備進(jìn)行電磁輻射防護(hù)是比較簡單的，只需要在生產(chǎn)制作過程中噴涂吸波材料就可以起到良好的電磁輻射效果，不過需要注意的是，需要根據(jù)電器產(chǎn)生輻射的頻段來選擇吸波材料。

1．5 手機(jī)、電腦的電磁輻射防護(hù)

當(dāng)今社會，在人們的生產(chǎn)和生活過程中，手機(jī)和電腦的應(yīng)用越來越廣泛，而手機(jī)和電腦的電磁輻射防護(hù)也越來越受到人們的重視。降低手機(jī)和電腦的電磁輻射，一方面要降低手機(jī)的輻射功率，另一方面要采用輻射防護(hù)措施，如生產(chǎn)過程中在收集外殼、電腦顯示器內(nèi)側(cè)、電腦主機(jī)機(jī)箱上噴涂吸波材料，就可以有效的吸收電磁波，從而起到手機(jī)、電腦的電磁輻射防護(hù)，更好的保護(hù)人體健康。

1．6 辦公、居住區(qū)的電磁輻射防護(hù)

在人們?nèi)粘Ｉ钪校谵k公、居室內(nèi)噴涂吸波材料，也可以有效的降低電磁輻射。通過在這些區(qū)域噴涂吸波材料，可以將家用電器、辦公設(shè)備等發(fā)出的電磁輻射吸收，并且隔絕外界的電磁波，營造出干凈的電磁環(huán)境空間。

2 主要的電磁波吸波材料

由于吸波材料在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，因此各國都非常重視吸波材料的研究，當(dāng)前吸波材料主要由以下幾種：

（1）碳納米管吸波材料。碳納米管是一種由類似石墨結(jié)構(gòu)的六邊形網(wǎng)格卷曲而成的中空的“微管”，碳納米管的表面活性非常好，這使其具備較強(qiáng)的吸波能力。（2）碳纖維吸波材料。碳纖維是一種將有機(jī)纖維碳化、石墨化得到的微晶石墨材料在進(jìn)行改性以后，碳纖維具有微波吸收能力。常用的碳纖維吸波材料包括異型截面碳纖維和手征碳纖維材料等。（3）碳化硅纖維吸波材料。碳化硅是一種具有良好吸波性能的材料，不過通過常規(guī)方法制備的碳化硅不能夠作為吸收劑，需要在進(jìn)行處理以后才能夠具備良好的吸波性能。（4）等離子吸波材料。等離子吸波材料在飛機(jī)隱身領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，這種材料具有吸波頻率寬、使用簡單、價格便宜、吸收率高以及使用時間長等方面的特點(diǎn)，因此在隱身技術(shù)方面具有重要應(yīng)用。（5）金屬超細(xì)粉吸波材料。金屬超細(xì)粉是一種力度在10μm以下的金屬粉末，常用的金屬粉末包括金屬鐵粉、鐵合金鐵粉等，其可以通過磁滯損耗、渦流損耗等來吸收電磁波，從而起到良好的吸波效果。（6）鐵氧體吸波材料。這種材料是一種由鐵元素和氧元素形成的具有鐵磁性金屬氧化物，是一種亞鐵磁性材料，其亞鐵磁性和介電性能使其具備良好的吸波性能，其既能產(chǎn)生介電損耗、還能夠產(chǎn)生磁損耗，從而具有良好的吸波能力。

3 吸波材料的發(fā)展趨勢

隨著人們對電磁輻射防護(hù)的要求不斷提升，以及軍事領(lǐng)域的需求，使得人們非常重視吸波材料的研究，具有實(shí)力的國家都在進(jìn)行新吸波材料的研究。隨著研究的不斷推進(jìn)，吸波材料主要朝著以下幾方面發(fā)展：

3．1 低維化

隨著對材料吸波機(jī)理研究的不斷深入，以及提高吸波性能，納米微粒、纖維和薄膜等低維材料越來越受到研究人員的關(guān)注，當(dāng)前研究人員對磁性納米、顆粒膜、納米纖維和多層膜等材料的吸波能力進(jìn)行了大量的研究，這些材料不僅具有吸收頻帶寬、吸收能力強(qiáng)和兼容性好等特點(diǎn)，而且很輕，適用范圍廣，因此具有良好的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

3．2 復(fù)合化

隨著人們對吸波材料性能的要求越來越高，單一類型的材料的吸波性能已經(jīng)越來越難以滿足實(shí)際需求，尤其在軍事領(lǐng)域，對吸波材料具有非常高的要求，需要其“薄、寬、輕、強(qiáng)”，因此為了滿足實(shí)際需求，通常會采用將各種材料進(jìn)行復(fù)合的方式，提高其吸波能力和各種性能。如通過對有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以改進(jìn)復(fù)合材料的吸波能力，同時降低材料的質(zhì)量，更好的滿足實(shí)際需求，因此復(fù)合材料將成為吸波材料發(fā)展的重要方向。

3．3 多頻譜兼容化

從當(dāng)前的研究情況來看，在反雷達(dá)探測隱身技術(shù)領(lǐng)域，主要的研究方向針對厘米波雷達(dá)，頻率段的范圍比較窄。具體來說，通過應(yīng)用諧振型的吸波材料，一般只能夠吸收一種至幾種頻率的雷達(dá)波，而應(yīng)用介電型吸波材料與磁性吸波材料也只能夠?qū)崿F(xiàn)厘米波段的低端和高端的電磁波吸收，覆蓋的頻率范圍窄，不能夠完全滿足實(shí)際需求。隨著探測技術(shù)的發(fā)展，米波段雷達(dá)、毫米波段雷達(dá)和紅外/紫外探測器等不斷發(fā)展，并且在軍事領(lǐng)域獲得了重要應(yīng)用，給隱身技術(shù)造成了非常大的挑戰(zhàn)，因此未來隱身材料需要提高覆蓋的頻率，對多種波段的電磁波源探測起到良好的防護(hù)效果。

3．4 智能化

智能化技術(shù)的快速發(fā)展，使其在各個領(lǐng)域都獲得了重要應(yīng)用。智能型材料具有感知、信息處理和自動控制功能，能夠根據(jù)信號來作出最佳響應(yīng)功能的材料。由于其根據(jù)環(huán)境變化來對自身結(jié)果和電磁性能進(jìn)行調(diào)整，從而對多個波段的電磁波起到防護(hù)作用，這為隱身材料研究提供了一個非常好的思路。不過吸波材料的智能化還面臨非常大的困難，需要對信息的感知、數(shù)據(jù)處理、反饋以及材料技術(shù)進(jìn)行綜合性的研究，這在技術(shù)層面上的難度還是比較大的，因此還需要進(jìn)行深入的研究，才能夠?qū)崿F(xiàn)具體應(yīng)用。

4 結(jié)語

電磁吸波材料在軍事、工業(yè)、醫(yī)療、家電等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，當(dāng)前在吸波材料的研究方面還存在比較多的不足，包括頻帶窄、效率低和密度大等，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到比較大的限制，未來，電磁吸波材料將會朝著纖維化、復(fù)合化、多頻譜兼容化和智能化等方向發(fā)展，提高電磁吸波材料的綜合性能，提高防護(hù)效果，拓寬應(yīng)用范圍，在電磁防護(hù)和隱身技術(shù)等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。