客户成就 | COXEM电镜助阵吸波材料研发（二）

天耀科技

2020/07/01 13:52

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在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波又依波长不同分为长波、中波、短波、超短波和微波。无线电波应用于收音机，无线电视机，对讲机等等；微波广泛应用于各种通信业务，包括微波多路通信，微波中继通信，移动通信和卫星通信。现代雷达大多数是微波雷达，还有无线电辐射计以及微波炉等等。

由于工业、科学和医疗设备的精密度越来越高，其对电磁辐射的防护也提出了更高的要求。在高精度的仪器、设备中涂覆吸波涂料，可吸收多余电磁波，减少杂波对设备的干扰，也有效防止电磁辐射对周围设备及人员的干扰和伤害。美国的第二代隐身战机F-22表面就涂覆一层由美国波音公司“幽灵工厂”研制的某种隐身材料，其雷达反射截面仅为0.5㎡。

美国F-22隐身战机

经济科技的发展离不开卫星通讯。卫星通信使地球连成一个整体，它不仅在普通通信传输中起作用，甚至影响着国防建设、生产安全和经济发展。

在各个领域中，海陆空天一体的卫星综合信息系统广泛应用，尤其是对于车载动中卫星通信系统，人员与设备距离近，电磁辐射对人员容易造成伤害。因此，应用吸波材料保护操作人员，可以有效的降低电磁辐射的影响。

吸波材料是能吸收一定频率的电磁波，并将电磁能转换为热能或者其他形式的能量耗散掉的一类材料。

国内外对微波吸收材料的研究已经持续了50-60年的时间，现在常用的吸波材料体系主要有：铁氧体吸波材料、磁性金属微粉吸波材料、高分子导电聚合物吸波材料和碳系吸波材料等。羰基铁粉（CIP）是磁性金属微粉吸波材料的典型代表，主要靠磁滞损耗、涡流损耗、畴壁共振、自然共振等机制来吸收并且衰减入射电磁波。

金属粉末在工作温度下稳定性很好，因此在吸波材料领域得到广泛的应用，但是磁性金属介电较大，阻抗匹配不佳。球磨法是一种常见的制备吸波材料的方法。通过一定程度的球磨，可以有效的改善材料的阻抗匹配，达到降低介电常数和提升磁导率的目的。常规的球磨方法是采用球形的球磨体来研磨材料，这种方法所得到的材料往往阻抗匹配仍然不如人意。

球磨示意图

轴承钢滚柱与球形滚珠

南京邮电大学：谢国治老师、季培成老师等，创新地将柱形球磨体应用于CIP材料的处理中，制备应用于C波段中卫星通信的高效吸波材料，于Journal of Electronic Materials上发表文章：Microwave Absorbing Properties of Flaky Carbonyl Iron Powder Prepared by Rod Milling Method。

课题组老师选用了合适尺寸和数量的柱形球磨体，配合相应偶联剂及过程参数，有效的降低了材料的复介电常数，实现了改善材料阻抗匹配的目的。且发现球磨介质的直径和球磨时间对材料性能有较大影响。此方法优化制得的吸波材料具有良好的吸波性能，在6.0GHz的反射损耗RL达到-15.7dB（如下图）。

用COXEM台式电镜，对应用了不同加工方式的样品进行形貌进行观察（如下图），得到球磨后的CIP由球形转变成具有一定长径比的片状结构，从而使其具有优越的吸波性能。

由图可得，应用柱形球磨体球磨（1-3#），可得到边缘钝化比较明显的片状结构，且当球磨时间为10h时，测得其在1-18GHz内复介电常数的实部和虚部都是最低的，说明采用柱形球磨体能有效的实现降低复介电常数的目的。而应用普通的球形球磨体，得到的样品含有尖锐的棱峰，长径比较高，同时又存在一定的团聚现象，不利于材料吸波性能的提高，对其磁导率和介电常数的测试结果也证明了这点。

参考文献

[1] Ye L , Xie G , Xie N , et al. Enhanced Microwave Absorption Properties of Absorbing Materials Induced by Complex Coupling Agents[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2019, 55(2):1-5.

[2] 谢国治, 顾家新, 胡晶, et al. 一种应用于C波段中卫星通信上行频段的吸波材料的制备方法:, CN107352586A[P].

[3] Ji P , Xie G , Xie N , et al. Microwave Absorbing Properties of Flaky Carbonyl Iron Powder Prepared by Rod Milling Method[J]. Journal of Electronic Materials, 2019.

[4] 羰基铁粉及其复合材料的电磁性能研究[D]. 南京航空航天大学, 2013.

[5] 周影影, 周万城, 罗发,等. 羰基铁粉吸波涂层的吸波原理及应用[J]. 材料导报, 2013, 27(13):122-126.

[6] http://www.360doc.com/content/18/0217/22/1649277_730473257.shtml

[7] https://baike.baidu.com/item/吸波材料/4939655?fr=aladdin

[8] http://www.sohu.com/a/160077110_455518