基于周期结构的电磁辐射控制材料研究

电磁辐射控制材料可以对电磁波传导、吸收和反射特性进行调控,成为一类不可或缺的电子信息材料。周期结构灵活的设计和独特的性能为电磁波辐射控制带来了新的发展,但其强电磁谐振必然导致"窄带"问题。主要介绍了基于周期结构的几种电磁波辐射控制材料,通过结合介质特性的多谐振耦合技术实现了宽带/高性能设计。电磁谐振结构间的耦合,突破了非对称开口谐振环(SRR)的极化/入射角敏感性;提出了基于等效电磁参数的谐振关系,形成了场束缚/图形耦合等周期结构设计/加载技术,使得传统磁性吸波体-10 d B反射带宽增加65%且低频吸收率提高了接近3倍;解决了极化转换周期结构的宽带/高效问题,设计的传输型极化转换器具有带通滤波/交叉极化/非对称传输3种功能。基于介质叠加的红外宽带吸波结构具有热辐射调控功能,形成了红外辐射控制的新思路。

羰基铁基复合材料的高效吸波-防腐双功能特性研究

随着5G先进通信技术和雷达探测技术的快速发展,电磁污染问题和特种装备的隐身突防问题日益突出。铁磁性吸波材料凭借高饱和磁化强度和优异的电磁波衰减能力已发展为应用较为广泛的隐身材料,然而,由于应用环境的多元化,铁磁性吸波材料的腐蚀问题严重制约其实际应用。本文采用多步液相反应,成功制备出具备优异吸波-防腐双功能的多级结构羰基铁基复合材料。该材料最低反射损耗高达-48.3 dB,有效吸收带宽达7.0 GHz。同时,其抗腐蚀性能也得到大幅改善,自腐蚀电压Ecorr显著右移至-0.22 V,自腐蚀电流密度Icorr下降至1.21×10^(-7)A/cm^(2)。为新型高性能铁磁性吸波材料的设计和工程应用提供了有力支撑,对于解决电磁污染和装备隐身问题具有重要意义。

P波段镍锌铁氧体复合材料电磁吸收性能研究

超远距离探测雷达主要使用了P波段雷达波,铁氧体、金属微粉等传统吸波材料对P波段雷达波的吸收效果不理想。基于有效媒质理论,制备了镍锌铁氧体与铁粉的复合材料作为吸波材料,提升P波段电磁波的吸波效果,并分析讨论了镍锌铁氧体与铁粉不同配比对复合材料在P波段的电磁参数及吸波性能的影响。结果表明:随着铁粉含量增加,复合材料的介电常数逐渐增大,磁导率逐渐降低;当铁粉的质量分数为20%,厚度为10mm,所制得的复合材料的吸波性能最好,其在700~880M Hz反射损耗小于-20 d B。镍锌铁氧体与铁粉的复合材料体现了对P波段电磁波吸收和屏蔽作用的潜力。

电磁缺陷修复材料研究进展

研究了电磁缺陷修复材料在飞行器边缘、缝隙等表面电磁缺陷散射控制中的应用,阐述了其原理和发展状况。给出了表面电磁缺陷的基本定义,分析了其散射特点,并提出电磁缺陷修复原理及基本方法。电磁缺陷修复材料主要包括用于表面波抑制的磁性材料、用于窄缝隙保证电连续的导电材料和用于边缘散射控制的渐变阻抗材料等三类,重点介绍了用于边缘散射控制的渐变阻抗材料。该渐变阻抗材料基于图形渐变频率选择表面的概念,加载于边缘考虑平行极化和垂直极化两种情况,并与边缘锯齿化和未加载情况进行比较。从研究情况来看,经过恰当的材料选取和合理的阻抗梯度设计,渐变阻抗材料可以有效控制边缘散射,并能取得宽带效果。最后展望了渐变阻抗材料在电磁散射及电磁辐射领域的应用前景。

羰基铁粉/聚醚醚酮复合材料电磁特性的研究

优化及控制吸波材料的电磁参数具有重要意义。调控吸收剂含量可以调节吸波带宽,因此研究了吸收剂含量对复合材料电磁参数的影响。为了简化CIPs/PEEK复合材料电磁参数的测试过程,研究了CIPs/PEEK、CIPs/Paraffin两种不同复合材料在具有相同磁导率时,羰基铁粉质量占比的对应关系。并利用Maxwell-Garnett公式优化两种材料在对应时所产生的介电常数差值。优化后,介电常数实部的差值缩小,反射损耗峰位置不再向低频移动,在0.5~14 GHz反射率测试值和实际测试值基本吻合,在14~18 GHz有-1 dB差异。本文结论对现实中CIPs/PEEK复合材料的电磁参数控制和表征具有一定指导意义。

反相微乳液法对Mg-Al LDHs材料结构及近红外光谱的性能研究

采用反相微乳液法制备出了具有介孔结构的Mg-Al LDHs粉体,采用XRD、SEM、BET、DSC/TG、傅立叶红外光谱仪、可见光-近红外分光光度计对样品的结构、成分、形貌、近红外光学性能进行了测试分析,系统研究了反相微乳液反应环境对Mg-Al LDHs粉体介孔结构、水负载量、近红外反射光谱的影响规律,进而探索了一种通过调控Mg-Al LDHs材料形貌结构以模拟天然植物近红外光谱特性的高光谱伪装颜料设计方法。当反相微乳液油-水体系中的水含量达到24%时,成功制备出了一种具有多孔结构的Mg-Al LDHs粉体,通过增大材料内部的孔隙率可以明显提高其在近红外波段的“水吸收峰”强度,并获得与天然植物高度相似的可见光-近红外光谱曲线,余弦相似度高达95.13%。多孔材料的内部孔隙一方面可有效提升材料对水分的负载能力,增强Mg-Al LDHs粉体在近红外波段的水吸收峰强度;另一方面,还能使入射光在材料内部发生多次折射,增大了材料对入射光吸收的几率,从而降低了光谱的整体反射率。在上述效应的综合作用下,最终实现了对天然绿色植物近红外反射光谱的精细化模拟。

基于钒钛磁铁矿尾矿的发泡陶瓷制备及性能研究

攀西地区铁尾矿的大量堆积严重污染了当地的生态环境。固废基发泡陶瓷吸波材料在解决铁尾矿堆积问题的基础上,推进了发泡陶瓷在吸波材料领域的应用。通过正交试验探索了烧结温度、保温时间和发泡剂掺量对发泡陶瓷物理性能的影响,并综合分析得出优选烧结方案:烧结温度为1190℃,保温时间为60 min,发泡剂掺量为质量分数0.3%。依照此方案制备的发泡陶瓷体积密度为0.23 g/cm^(3),体积吸水率为0.76%,抗压强度为0.73 MPa,导热系数为0.06 W/(m·K),孔隙率为89.89%。在正交试验制定的工艺基础上,探索了试样厚度对发泡陶瓷吸波性能的影响。研究结果表明:在烧结温度1170℃,吸波剂掺量为质量分数30%时,厚度为15 mm的发泡陶瓷吸波性能最优,在0.5~18 GHz的频率范围内反射损耗降低至-28.58 dB,显示出2.35 GHz的有效吸收带宽。该研究为钒钛磁铁矿尾矿的资源化利用和发泡陶瓷在吸波材料方面的运用提供了参考。

基于逐级匹配技术的复合多层吸波材料优化设计

复合多层吸波材料除具备“薄、轻、宽、强”等要求外,快速有效的设计方法可大大缩短其研发应用时间周期,利于技术迭代升级。本文基于传输线理论和逐级匹配技术,控制复合多层吸波材料界面的电磁传输特性,设计实现满足材料应用指标要求的复合多层吸波材料。本文方法基于单频点提出,适用于单频及宽带设计要求。通过对实验室制备的多层吸波材料进行测试,得到在目标单频点反射率-30 dB及目标频带内平均反射率-35 dB的实测结果,验证了本文提出方法的正确性和有效性。本方法有望成为快速有效研发复合多层吸波材料的有效手段之一。

填充超高比例Fe SiAl的纸状复合电磁吸波材料研究

磁性颗粒的片状化、一致取向和高填充比是提高其复合材料复磁导率的直接方法。然而提高其填充比造成的机械性能下降、复介电常数升高的问题一直困扰着国内外学者。为解决这一难题,向非导电网状基体中填充超高比例一致取向的片状磁性颗粒是有效的途径。抽滤沉降法是有着简单的工艺和设备的流体力学方法,该方法实现了Fe SiAl片状颗粒在纤维素纳米纤维基体中的良好分散、一致取向和12. 5∶1~20∶1超高质量填充比。所得的纸状复合材料在该范围内获得了16-11. 5j的高复磁导率,而复数介电常数控制在300-100j以下。经计算1 mm厚度纸状复合材料样品的理论反射损耗在整个L波段达到-5. 6 d B,L波段吸波效果在该厚度下非常优秀。抽滤沉降法则为高形状比的纤维状和片状颗粒的复合材料制备提供了方法和新思路。

多频谱隐身涂层材料研究进展

随着军事隐身技术以及民用物联网电磁兼容、抗电磁干扰技术的发展,隐身涂层材料的重要性日益受到社会关注,该类材料逐渐成为功能材料的一个重要分支。近年来,在需求牵引和技术革新的带动下,隐身涂层材料从材料体系、设计方法到制备技术都取得了很大的进展。结合国内外最新发展动态和中心开展的主要工作,介绍了当前广泛发展的雷达吸波涂层、红外低发射率涂层以及多频谱兼容隐身涂层这3类涂层的隐身机理、材料特性以及应用技术方面的研究进展;重点关注先进材料体系和设计方法对隐身涂层材料的牵引,包括各向异性磁性材料/介电材料、纳米结构动态磁化理论以及材料复合技术等;最后通过对各种材料技术的分析,提出多频谱隐身涂层材料发展所面临的问题,分析了该领域未来发展的趋势。

基于石墨烯的宽频带可调谐雷达吸波材料研究

提出了一种宽频带可调谐雷达吸波材料,并分析了电磁-热能转换机制。在衬底表面添加一层薄而高介电的偏压层,通过施加外加偏压改变石墨烯的化学势,从而实现了GHz频段吸波性能的动态调控。计算结果表明,没有外加偏压作用时,在7.8~21.2 GHz频率范围内的吸收率大于90%,提高外加偏压可使吸收峰移向低频移动;功率为0.5 W的电磁波垂直入射时,谐振频点处由于电磁损耗使石墨烯表面温度升高至71℃。该吸波材料兼具了宽带吸波与可调谐特性,有望在RCS缩减、自适应隐身等领域发挥重要作用。

雷达吸波材料表面波抑制性能测试技术

分析了雷达吸波材料对表面波抑制性能的作用机理并设计测试系统来测试材料对表面波的抑制性能。在X波段（8~12 GHz）利用喇叭天线发射电磁波,以掠入射角度投射到金属板上形成表面波,覆盖于金属板上的聚四氟乙烯将反射的电磁波束缚在介质中并沿金属板向前传播。利用电场探针来检测接收到的电磁能量,对比放置吸波材料前后的结果,以此来评估吸波材料对表面波的抑制性能。并对两种吸波材料进行测试,取得了良好的效果,说明了该测试方法的可行性和有效性。

基于图形设计的吸波材料表面波衰减特性研究

隐身技术的发展使武器装备的镜面散射得到了有效抑制,抑制表面波散射是进一步降低RCS的重要手段。分析了吸波材料厚度及电磁参数的变化与表面波衰减特性之间的关系。设计了一种蛇形图案结构并研究了此结构对材料表面波衰减性能的影响。通过对该材料/图形结构的优化设计,进一步研究了改进型蛇形图案吸波结构的表面波衰减性能。结果表明:吸波材料的电磁参数会对其表面波衰减性能产生一定影响,加载蛇形图案结构对表面波衰减性能有所改善,该吸波结构的改进设计可使表面波衰减性能进一步优化,其中表面波上限截止频率从4 GHz提高到8 GHz,为雷达吸波结构材料实现宽频带高表面波衰减提供了设计思路。

取向吸波贴膜电磁性能研究

提高吸波材料的电磁性能,是新型电磁波吸收材料的重要研究内容。采用朗道-利夫希兹-吉尔伯特(LLG)方程、等效媒介理论和传输线理论,分别对随机取向和一致取向吸波贴膜的本征磁导率、等效磁导率和反射损耗进行了计算。计算结果表明当微波吸收剂一致取向时吸波材料的本征磁导率、等效磁导率和反射损耗均有显著提升。通过改变吸波贴膜内部吸收剂空间排布的方式,可以有效地提高吸波贴膜的电磁性能。针对流延法制备吸波贴膜的过程,对刮刀下流延浆料速度曲线和微波吸收剂取向之间的关系进行了分析,通过微波吸收剂的取向张量对吸波贴膜的取向程度进行了表征。通过改变流延过程中的物理参数,可以调控吸波贴膜的取向状态。

N型多孔硅/镍微米管复合材料的制备及其磁性能研究

通过背光照辅助电化学腐蚀的方法,在N型轻掺杂的(100)单晶硅上制备了多孔硅模板。模板孔端口呈类正方形结构,孔边长约为2μm,孔深约50μm。然后在制备的N型多孔硅模板中电沉积制备了磁性镍微米管。与绝缘性AAO模板中金属从孔底部开始生长不同,在半导体性质的N型多孔硅模板中,镍沿着孔壁均匀生长,并随着沉积时间的延长,由颗粒状逐渐生长为微米管,镍的晶型没有发生变化。由于镍微米管的缺陷和晶界比镍颗粒更少,畴壁位移更容易,所以具有更小的矫顽力。同时受强烈的退磁能影响,外加磁场在垂直和平行镍微米管方向时测得的磁滞回线表现出明显的磁各向异性。

开缝蜂窝结构电磁/力学综合性能设计

蜂窝吸波材料在特殊应用中需要功能孔径,开缝蜂窝吸波材料的电磁/力学性能研究可进一步拓展其应用领域。针对传统蜂窝吸波结构,设计了一种蜂窝开缝形式,并研究了不同开缝方式对蜂窝吸波材料电磁/力学性能的影响。研究开缝蜂窝吸波材料在不同开缝率情况下的位移-载荷关系特性,当开缝率在5.4%之内,开缝蜂窝力学性能变化较小;随着开缝率的增大,蜂窝的抗压能力明显降低。研究了开缝长度、宽度以及缝隙上下宽度不一致时,蜂窝在8~12 GHz单站RCS(Radar Cross Section)特性。对于水平极化(hh极化),8 GHz和10 GHz频率下,开缝后吸波性能有所增加;对于垂直极化(vv极化),8 GHz和12 GHz频率下,开缝后吸波性能变差,而10 GHz频率下,开缝后吸波性能变好。总体来说在8 GHz和10 GHz下,蜂窝开缝后在vv极化下的吸波性能均高于hh极化。

高温红外隐身涂层材料研究进展

随着现代飞行器速度的不断提高,其热端部件的服役温度越来越高,红外辐射能量也不断增强,从而增加了飞行器在飞行过程中被红外侦测和识别的风险,如何提高飞行器在高温环境下的红外隐身能力成为了军事领域的热点问题之一.目标的红外辐射强度由目标表面的温度和目标表面的发射率决定,所以利用低红外发射率涂层涂覆在飞行器表面,从而降低目标表面的红外发射率,是提高飞行器红外隐身性能的一种便捷、有效的方法.然而,飞行器服役环境通常较为恶劣,为满足其日趋严苛的工程应用需求,需研制出具有更高耐温及耐腐蚀性能的红外隐身涂层.综述了目前几大热门的红外隐身涂层材料和涂层的工艺发展情况,并对涂层性能优化方面进行了阐述,展望了红外隐身涂层材料未来的发展趋势.

钙钛矿类单相多铁材料的研究现状

钙钛矿结构因其存在多铁性质吸引了很多研究兴趣。主要介绍了几种重要的钙钛矿结构的研究现状。Bi基钙钛矿体系存在很高的铁电极化强度;锰氧化物是一种典型的强关联电子体系,体系可以在不同条件下发生各种相变;R2Ni Mn O6在室温下具有相当大的磁介电效应以及存在室温铁磁转变温度。同时提出了目前钙钛矿结构存在的问题。

一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法

调控电磁参数对吸波结构设计具有重要意义,首要在于电磁参数的获取,难点是吸收剂体积分数的计算。制备了不同质量占比的CIPs/Paraffin复合材料,利用Maxwell-Garnett公式对吸收剂体积分数优化后计算其电磁参数。在0.5~18 GHz内,电磁参数的计算值与理论值基本吻合,得到了最佳吸收剂体积分数的计算方法。结论表明:该方法可准确获取吸波材料的等效电磁参数,对于吸波结构设计中确定吸波材料的配方具有一定指导意义。

Mn_(3)Sn薄膜磁相变的输运表征

六角笼目(Kagome)相拓扑反铁磁材料近年来引起了人们极大的研究兴趣,这主要是因为它们拥有众多独特的性能,例如虽然净磁矩跟反铁磁材料一样接近零,但确有与铁磁性材料强度相当的磁电、磁光和磁热效应,极具应用价值.以上的这些特性绝大多数都与其磁结构紧密相关,然而人们却发现其磁结构对于生长条件和材料成分非常敏感.因此,开发一种简单、普适的Kagome相拓扑反铁磁材料磁结构相变测量方法,对于大多数难以获得高能中子衍射等先进实验手段的实验室来说,无论是材料的生长优化还是物理现象机理的理解都具有重要的意义.本文采用脉冲激光沉积方法在(1102)取向的Al_(2)O_(3)单晶衬底上成功外延制备了高质量(1120)取向的六角Kagome相Mn_(3)Sn薄膜,并系统地测量了不同温度下该Mn_(3)Sn薄膜的磁性和磁输运特性.结果发现,该Mn_(3)Sn薄膜的磁化曲线、霍尔电阻率曲线和磁电阻曲线在其三类磁相变温度中的某些或全部均表现出一定的异常特征.这些特征可以作为该六角Kagome相Mn_(3)Sn薄膜中磁相变的证据,甚至用于测量这些磁相变的温度.本工作有助于进一步推动六角Kagome相拓扑反铁磁材料在自旋电子器件中的应用.