纳米吸波材料及其在防中的应用.docx

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纳米吸波材料及其在防中的应用

纳米吸波材料及其在防电磁辐射织物中的应用*

王梅珍，赵宝艳，王瑄，吴超（浙江纺织服装职业技术学院宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验浙江宁波315211）纳米材料与应用第6卷第4期2009年8月Vol．6No．4August2009Nanomaterial&Application

世界卫生组织（WHO）于2006年出版的《制定以健康为基础的EMF标准的框架》一书中明确指出，暴露于电磁辐射（EMF）可能会对人体健康造成损害，人类部分疾病的发生可能与EMF有关。

国际上早已对此有所关注。

WHO、国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）、国际电工委员会（IEC）以及各区域和国家有关组织已经通过制定标准来规范相关行业。

电磁灶是最有可能产生EMF的家电产品之一。

而长时间和近距离又是我国消费者使用电磁灶的两大特点。

如此暴露于EMF环境中，对使用者可能的伤害大大高

1纳米吸波材料的吸波机理[2][6]

纳米材料之所以具有优异的吸收电磁波性能是因为：

①纳米吸波材料的比表面积大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键多，大量悬挂键的存在使界面极化和多重散射，吸收频带展宽②纳米吸波材料的量子尺寸效应使电子能级发生分裂，分裂的能级间距有些正处于微波的能量范围，从而产生了新的吸收通道；③纳米吸波材料中的原子和电子在微波场的辐照下运动加剧，增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能；④纳米磁性粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗。

2.1纳米金属与合金

金属磁性材料具有比较高的饱和磁化强度，可获得较高的磁导率和磁滞损耗，且磁性能具有较高的热稳定性。

金属纳米粉对高频的电磁波具有优良的衰减性能。

纳米金属与合金用作吸收剂主要是采用多相复合的方式，其吸收性能优于单向纳米金属粉体，影响吸收的主要因素是复合体中各有两种方法，一是粉碎法，即通过机械作用将粗颗粒物质逐步粉碎而得；二是造粉法，如气相法、液相法和固相法，即利用原子、离子或分子通过成核和长大两个阶段合成。

法国的Viau等[7]采用液相多元醇方法制备得到了球形、单分散的纳米Co－Ni金属合金，并对不同比例的Co－Ni纳米金属合金与电绝缘基体的复合物对微波的透射性在0.1－18GHz频段内的吸波性能进行了测试研究，研究表明，组元的比例、粒径。

制备纳米金属和合金主要颗粒尺寸和化学组成对其吸波性能具有显著的影响。

邓联文等[8]采用雾化工艺和高能球磨处理技术制备纳米晶Fe85SilAl6Cr8扁平状颗粒合金粉，研究了高能球磨处理工艺对材料微结构、形貌和微波电磁特性的影响，结果表明，高能球磨处理使球形雾化粉粒形状扁平化并细化其晶粒，从而使Fe85SilAl6Cr8微粉的微波磁导率显著提高，有效控制了介电常数，后续热处理可以进一步改善其微波电磁性能，对采用该材料制作的涂层吸波性能进行的测量结果表明，在频率为4GHz附近微波段具有良好的吸波性能。

2.2纳米氧化物

根据氧化物性能和使用对象的不同，纳米氧化物的制备方法主要有气相法、液相法和固相法陈蕾蕾等[9]采用化学沉淀氧化法制备了纳米Fe3O4吸波材料，通过试验测试了其对8mm波和7.5－11.5GHz频段波的衰减特性。

实验表明，2m厚度的涂层对8mm波的透射衰减达27.6dB/g对7.5－11.5GHz波透射在某些点达到了良好的衰减，将其作为吸波材料有良好的发展前景。

但是由于纳米材料粒径极小，在空气中容易氧化，应对其做适当的包覆。

Machida等[10][11]研究了ε-Fe3N/Y2O3纳米复合物的电磁吸波性能，发现该吸波材料在0.0520.05GHz波段内具有良好的电磁波吸收性能。

研究发现，将其与树脂复合，体积含量为51％，设计厚度为3.3－19.3mm时，在0.6－4.4GHz具有非常好的吸波性能。

另外，其研究小组研究发现，从Nd-Fe-B的磁体碎屑中制备得到的α－Fe/FexB

Nd2O3纳米吸波材料在1.0－6.7GHz波段也具有很好的吸波性能

2.3纳米陶瓷吸波材料

纳米陶瓷吸波材料主要有SiC、Si3N4及复合物Si/C/N等。

这些吸波材料不仅能在厘米波，而且在毫米波范围内也有良好的吸波性能。

通过与其它吸波剂的复合，可以制备吸波能力强、范围宽、耐高温、密度比铁氧体低的吸波剂。

这类吸波材料已经成为一个研究热点。

西北工业大学[12]采用XRD研究了氮原子含量为11.61％的Si/C/N纳米粉体的相组成，并测定了粉体介电常数。

根据介电常数，分别优化涉及了单层和双层的吸波涂层，设计的吸波涂层对8GHz-18GHz范围的电磁波有较好的吸收作用。

设计厚度为2.7mm的单层吸波涂层在8GHz-15GHz范围内反射率R<-5dB。

设计厚度为2.8mm的双层吸波涂层在8GHz-18GHz频率范围内电磁波的反射率R均小于-5dB,反射率R<-8dB的频带为6GHz。

罗发等[13]研究了由SiC（N）纳米吸波剂制备的SiC（N）/LAS吸波材料的介电性能，对影响介电性能的吸收剂的含量、吸波材料烧结温度和碳界面层等因素进行了全面的研究，结果表明，

由于形成的碳界面层复介电常数的虚部较高，使吸波材料对电磁波的损耗进一步升高，从而使吸波性能得到增强。

2.4碳纳米管吸波材料

近年来研究发现，由于碳纳米管特殊的微结构和几何构形，使得碳纳米管的电磁特性明显不同于其它已知的碳结构。

碳纳米管不但具有较高的电损耗正切角，依靠介质的电子极化或界面极化衰减吸收电磁波，而且，由于量子限域效应，电子在碳纳米管中的运动是沿轴向的。

由于电子能量和波矢之间的关系，碳纳米管表现出金属或半导体特性，特别是碳纳米管拥有特殊的螺旋结构和手征性，这将导致特殊的电磁效应。

碳纳米管表现出优良的吸性能，同时具有质量轻、兼容性好、吸波频带宽等特点，是新一代最具发展潜力的吸波材料。

美国Glatkowski[14]申请的专利介绍了应用碳纳米管制备电磁屏蔽复合物的方法，吸波测试表明，该复合物对微波具有很好的屏蔽效果。

在此复合物中，碳纳米管是定向排列的。

该复合物的制备步骤：

①准备一定量的碳纳米管与聚合物；②对碳纳米管和聚合物施与一定的剪切力，使得碳纳米管定向排列，以制得具有电磁屏蔽的复合物。

刘云芳等[15]研究发现，经以KOH为活化剂活化处理过的碳纳米管，其比表面积从24.5m2／g提高到360.1m2／g，孔容从0.051cc／g提高到0.572cc／g。

微波吸收性能测试表明，活化能够有效地提高碳纳米管的微波吸收性能。

3纳米吸波材料在日常防辐射中的应用

降低电磁辐射方面的个体防护用品主要包括防护服装、防护眼镜及辐射防护屏。

目前国内已经开发出多种面料的防护服装，如防护衬衫、防护马甲、孕妇裙、夹克套装等，此外，还有用于设备屏蔽的屏蔽布等[16]。

这些防护服基本上是金属纤维混纺织物、金属电镀或化学镀织物、金属盐涂层织物，其防护机理是当电磁波到达防护服表面时，由于空气与金属交界面上阻抗不连续，对入射波产生反射，以达到防护的目的，但也由此产生了二次反射污染，因此，人们开始研究具有吸收电磁波性能的防护服装。

河南大学特种材料实验室和河南省纳米材料工程技术中心合作研制出的纳米微粒吸波材料用作能吸收电磁波的防辐射纳米涂料，能大大减轻电磁波辐射对人体造成的危害，但尚未应用到织物上。

目前，具有吸波性能且不产生二次反射的纺织服装的研究仍处于起步阶段，相关报道较少。

西安华捷科技发展有限责任公司研制的纳米吸波复合纤维材料具有优良的吸收电磁波功能，可使高频电磁波强度衰减28分贝，且具有永久无静电功能，是优良的环保型新材料，开创了纺织材料的新领域，极大地改善了人们的工作及生活环境，拓展了预防疾病的范围，创建了绿色的消费空间，对国防工业等都有很大的经济和社会效益[17]。

这种纳米复合纤维材料含聚丙烯腈基碳80-96％、纳米碳化硅4-20％、镍粉为纤维重量的6-20％、助剂5-8％。

制备过程为：

将纳米碳化硅与聚丙烯腈基碳和助剂经超声波震荡、混合，挤出生产复合母粒；共聚单体聚合、共混制成聚丙烯腈基碳吸波纤维；碳化硅/镍纤维进行纺丝；纺好的丝预氧化、炭化、石墨化、表面镍处理，通过纺织工艺得到产品。

王进美等[18]研制的纳米复合金属涂层纺织品主要解决了织物导电，但电磁波屏蔽效果不佳，耐洗涤性能差，产品手感硬。

通过在织物表面涂覆纳米复合金属涂层，大大提高了涂层的耐洗涤性、柔软性，纳米涂层织物的导电性，电磁波屏蔽性能好，在2450-2650M范围内为40－70dB，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌等的抑菌率大于99％。

所述涂层中含有银1-10％、镍20-70％、铜10-40％、锌0-30％，纳米材料的平均粒度在40-90nm。

通过对已有文献的分析，我们对纳米吸波材料与纤维或织物的结合途径给出了以下建议：

1）通过共混法、聚合法和复合纺丝法将成纤聚合物与纳米吸波材料的复合在纤维加工过程的初始阶段完成，将纳米吸波材料与相应的成纤聚合物共混纺丝；

2）通过纳米吸波材料对纺织品进行纳米后整理，将纳米吸波材料涂敷在纤维或织物表面，形成一种功能性涂层；将纳米吸波材料均匀分散在合适的粘胶剂中，将纤维或织物浸在分散液中，经几浸几轧后，吸波材料将被吸附在纤维或织物表面，或是进入其间隙中；将纳米吸波材料和纤维或织物同时浸入导电聚合物的单体中，随反应的进行让纳米吸波材料同时与纤维或织物结合。

防辐射服装的发展与现状王俊斌（沈阳师范大学，辽宁沈阳110034）中国高新技术企业

2009年第1期（总第112期）Chinesehi-techenterprisesNO.1.2009（CumulativetyNO.112）

一、防辐射服装的研究和应用现状

（一）国外研究现状

英国、日本、加拿大、瑞典、美国、德国、法国、韩国等发达国家从上世纪20年代、40年代就开始进行特种防护服装与织物的研究。

60年代国际上制定出电磁辐射防护标准后，电磁辐射屏蔽材料随之出现。

最早的防护材料是金属丝和服饰混编织物，其后出现了金属纤维混纺织物、电镀织物、化学镀织物等。

以上材料均以反射为主，存在环境二次污染，且不适于穿着。

到了80年代，美国北美航空公司研制成功为保护生物力量防止雷达探测被发现的防护衣和头盔，这种防护衣与头盔系由微波吸收材料制作。

日本等国研究开发了用不锈钢软化纤维与植物纤维混纺织成的屏蔽织物，制成屏蔽服装用在微波防护上，比如雷达防护服等。

80年代后期到90年代初期，英国、法国、德国、瑞典、美国、台湾等国家和地区，为防止家用电器的辐射危害，诸如微波炉、电磁炉、电脑、电热毯、吸尘器等对人体特别是孕妇与少年儿童的影响，掀起了主妇穿屏蔽围裙屏蔽大褂以及青少年穿屏蔽马甲、屏蔽西服的热潮。

从此防电磁辐射屏蔽服装走进家庭，成为民用服装。

90年代日本、韩国又开始了导电纤维的开发工作。

到了90年代中进行硫化铜处理，使其具有抗静电、杀菌作用。

日本已用此种纤维织物制作高档衬衣上市，售价高达每件4000元人民币，推广困难。

世界上许多国家已经瞄准了抗静电、防电磁辐射、杀菌等功能特种防护服装民用化市场，正在组织力量进行深入研究。

（二）国内研究现状

在我国，北京劳动保护科学研究所于上世纪60年代开始研究电磁辐射防护服，70年代正式生产铜丝与柞蚕丝混

纺布制成的屏蔽服。

70～80年代该所研制成功并生产了微波吸收防护物的研究，研制成功不锈钢软化纤维织物与服装、特殊工艺镀膜屏蔽织物与服装，并开始装备从事雷达、微波加热、微波理疗、卫星地面站、微波通讯等系统操作的人员，受到普遍欢迎。

二、国内市场常见防辐射材料

（一）多离子电磁屏材料

多离子织物是当今国际最先进的第六代屏蔽电磁辐射材料，是目前屏蔽低、中频段电磁辐射最先进的民用防护材料。

多离子织物经精纺加工，具有柔软舒适、色泽均匀、除臭抗菌性强、耐洗、耐磨、耐气候、使用寿命长等优点，由其制作的防护服与仅具有可靠的安全防护性，同时具有

优良的服用性。

多离子织物采用目前国际最先进的物理和化学工艺对纤维进行离子化处理。

该产品以吸收为主，将有害的电磁辐射能量通过织物自身的特殊功能转变成热能散发掉，从而避免了环境二次污染，净化了空气。

由于织物中含有大量金属阳离子，可起到杀菌除臭作用，对皮肤无刺激，有助人体表皮微循环；同时具有防静电、防X射线及紫外线等功能。

目前投入产业化的主要有以生产服装闻名的红豆集团与科研单位联手开发的高科技产品———多离子电磁屏蔽夹克衫该产品面料经上海测试中心检测，电磁辐射屏蔽衰减值达到99.4%，可有效防止因使用手机、电脑、复印机、电视机、微波炉等电子产品产生的电磁波对人体的危害。

该产品可广泛用于劳动保障部规定的59个需要作电磁防护行业的工种，还可运用于军队的保密、伪装等领域。

上海利昂高科技有限公司也有类似产品推向市场。

（二）金属丝与纤维混合物

金属纤维织物，利用服装内金属纤维构成的环路产生感生电流，由感生电流产生反向电磁场进行屏蔽，主要是反射电磁波为主。

采用金属纤维与纯棉纤维混纺工艺，也就是把金属丝抽成纤维状，在面料内部形成网状结构。

当

前市面上的金属纤维织物，主要是由铜、镍、铝、不锈钢或其它合金，甚至金或银纤维，所用的金属纤维直径一般是4～8微米之间的中强型。

天津工业大学（原天津纺织工学院）研制成功利用金属丝不经化学整理而具有多种功能的妇女用乳罩支撑材料，这种材料融抗静电、抗菌、防微波辐射为一体。

其静电效果经国家棉纺织品质量监督检验中心检测，织物的电荷密度为1.6μC/cm2，最大值为2.32μC/cm2，其效果远远优于日本静电指南中最高值≦7μC/cm2的规定，达到国际先进水平。

抗菌性：

对大肠菌群、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、绿脓杆菌、伤寒杆菌等细菌具有很好的抗菌性，抑菌率在96%以上。

（三）HTCU特种纤维材料

HTCU特种纤维材料由上海华天电磁波防护材料有限公司研制生产。

HTCU特种纤维通过特种处理后，在纤维表

层、中层和局部深层形成一种金属成膜薄层的有机导电型纤维。

HTCU具有以下主要功能：

1．优良的电磁辐射屏蔽功能：

有效地吸收电磁波，消除电磁波辐射的伤害。

2．良好的抗静电功能：

在正负电荷带电物体与HTCU织物接近时，会产生相反电荷将静电消除。

3．抑菌抗臭功能：

对金黄色葡萄球菌、肺炎杆菌、大肠杆菌及绿脓杆菌有抑制和防扩散作用；对氨水、三甲氨、硫化氨、甲硫醇等恶臭有消除作用。

4．特殊用途的防护和标识物：

精密设备、军事设备等防护材料；搜索识别目标等。

（四）化学镀金属织物

采用化学镀法制备具有电磁屏蔽性能的聚酯类化纤织物[1]。

化学镀作为一种优良的表面金属化处理技术，已应用

在织物功能整理领域。

[2]

（五）金属化合物与纤维混合物

众所周知，金属化织物屏蔽电磁波，其作用是将电磁波过滤、吸附或反射使之减弱此外，金属化织物还具有其他功能，如抗静电、紫外线屏蔽和抗菌防臭等，因此，织物金属化技术实为一种多功能工艺。

金属化织物中最典型的产品是由金属纤维或纱线织成的织物，这种产品确切地应称谓金属网，用于防昆虫、特殊滤层，传送网、防射频和电磁波，以及导电织物等如用铅纤维织成的织物，可作隔音及防X射线的围裙等防护织物其次，由不锈钢等金属纤维与其他纤维混纺织成的织物，这类产品有良好的导电性和屏蔽性，用于高净室空气过滤材料和计算机的遮盖材料等。

低反射高吸收电磁屏蔽材料的研究现状

电磁屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减小电磁能传输的一种技术,是抑制电磁干扰的重要手段.屏蔽有两个目的,一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出该内部区域,二是防止外来的辐射干扰进入某一区域.屏蔽材料对电磁波的屏蔽从机制上来讲主要依靠屏蔽体的反射和吸收.现有的屏蔽材料大致可以分为三部分:

1）以反射损耗为主;2）反射损耗和吸收损耗相结合;3）低反射、高吸收.在当今科技迅猛发展的时代,高科技含量的先进电子设备得到大量应用.此类电子设备通常电磁发射量很高,而其本身对电磁环境的要求也非常苛刻,特别是在军事装备中,怎样避免电子仪器之间电磁相互干扰成了亟待解决的问题.限制内部辐射的电磁能量泄漏出该区域,是电磁屏蔽的方法之一.但高精密的电子仪器设备的壳体内壁的反射太强,反射回的电磁波会对仪器设备本身造成干扰,从而影响设备的工作.因此低反射、高吸收的电磁屏蔽材料具有重要的研究意义和应用价值.本文在综述现状的基础上,提出了低反射、高吸收屏蔽材料新的研究内容,以及实现低反射、高吸收功能的途径.

太原师范学报（自然科学版2009年6月　　JOURNALOFTAIYUANNORMALUNIVERSITY（NaturalScienceEdition）　　Jun.2009

低反射高吸收电磁屏蔽材料的研究现状杜　军　张　平　田　飞

（装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点试验室,北京100072）

1　低反射、高吸收电磁屏蔽材料的基本作用原理

1.1　电磁波屏蔽基本原理

屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减小电磁能传输的一种技术,是抑制电磁干扰的重要手段.电磁场理论的观点认为,有两个电磁场,在其分界面上存在有物体,如果因该物体的存在而能将这两个电磁场看成是相互独立存在的,那么这两个相互界面就被称为屏蔽,而对分界面上所存在的物体,就称为屏蔽体.关于屏蔽的作用机理,比较正确的是:

利用屏蔽体的反射、衰减等使得场源所产生的电磁能流不进入被屏蔽区域.一般用屏蔽效能（ShieldingEffectiveness,简称SE）来定量评价屏蔽体的性能,其定义为空间某点上未加屏蔽时的电场强度E0（或磁场强度H0）与加屏蔽后该点的电场强度E1（或磁场强度H1）的比值.表示为:

SE=20logE0E1dB或SE=20logH0H1dB

（1）

　　单层导电屏蔽材料的SE=R+A+B,其中,A为吸收损耗,R为反射损耗,B为多重反射损耗,它们的

表达式分别如下:

A=8.686tπfμσdB

（2）

R=245.634+10logσμf（平面波）dB

R=399.334+10logσμf3r2（电场波）dB

R=92.034+10logσfr2μ（磁场波）dB（3）

式中σ为导电率,μ为磁导率,当A>10dB,就可以不考虑多重反射的影响.从

（2）、（3）式知:

吸收损耗A随μσ乘积增大而增大,反射损耗R随μ/σ比值增大而减小,即材料导电性好,吸收损耗和反射损耗均增大,屏蔽效能也增大;磁导率大,吸收损耗大,而反射损耗低.这是单层屏蔽材料的选材原则.

1.2　低反射、高吸收电磁屏蔽材料

屏蔽材料对电磁波的屏蔽从机制上来讲主要依靠屏蔽体的反射和吸收.现有的屏蔽材料大致可以分为:

1）以反射损耗为主;2）反射损耗和吸收损耗相结合;3）低反射、高吸收.低反射、高吸收电磁屏蔽材料是一种能够将大部分电磁能吸收,而反射很少的一种新型电磁屏蔽材料.

电磁能被吸收并转换成热能等其他形式的能量散发出去,从而实现电磁屏蔽的目的.这种材料主要用于高精密的电子仪器设备,因为在这类设备中,如果壳体内壁的反射太强,反射回的电磁波会对仪器设备本身造成干扰,从而影响设备的工作.这类材料,目前是屏蔽材料界的难点,因为很难找到一种单一的材料,同时满足μσ乘积大和μ/σ比值小,国内外关于这方面的研究报导很少.其研究更多的借鉴了电磁屏蔽吸波材料的设计方法.

2　低反射、高吸收电磁屏蔽功能的实现途径

低反射、高吸收电磁屏蔽材料的设计主要集中在两个问题上,一个是屏蔽材料的选择,另一个在于设计方式.

低反射、高吸收屏蔽材料的选择应当遵循以下原则:

1）设计吸波材料的关键因素之一是提高材料的电磁损耗,使电磁波能量转化为热能或其他形式的能,从而电磁波在介质中被最大限度地吸收.

损耗的机制可分为3类:

一是与材料电导率有关的电阻型损耗,电导率越大,越有利于电磁能转变为热能;二是与电极化有关的介电损耗（反复极化的“摩擦”作用）;三是与动态磁化过程有关的磁损耗（反复磁化的“摩擦”作用）.设计吸波材料时需要综合考虑以上多种损耗.

2）设计吸波材料除了要尽可能提高损耗外,还要考虑另一关键因素即波阻抗匹配问题,使介质表面对电磁波反射系数为0,电磁波入射到介质表面能最大限度地透入介质进而被吸收.

3）要增加介质的吸波效能,必须提高电导率和磁导率,增加极化“摩擦”和磁化“摩擦”,同时要满足阻抗匹配条件.对单一组元吸收介质,阻抗匹配和强吸收很难同时满足,只有将多元材料复合,使电磁参数可调,才能在尽可能满足匹配条件下提高材料吸收损耗能力.尽管提高介质电导率是增大损耗的重要手段（电导率大,电阻型损耗大）,但当电导率到达金属所具有的电导率时,反射系数接近于1,将难以匹配.研究设计吸波材料时必须综合考虑电磁损耗和阻抗匹配2种因素.多元复合能将电阻型损耗、介电损耗、磁损耗有效地结合,而且可以设计出组分及电磁参数可调、阻抗渐变利于波阻抗匹配和吸收的梯度功能吸波材料.同时,某些纳米材料由于具有特殊电、磁、光性能和单畴结构,吸收性能远高于常规材料,有些纳米物质具有微波红外吸收兼容和吸收频带加宽的特性,因此选择纳米相与聚合物进行多元复合设计并利用他们的优良性能及协同效应制造吸波材料具有广阔的应用前景.

在频率大于1GHz的微波材料领域,为了提高吸波能力和扩大频宽,采取了将吸波材料梯度结构设计的方式[1],并且有不少这方面的专利报导[2~4].在频率小于1GHz的电磁波屏蔽领域,目前屏蔽材料的研究多集中于材料的导电性能、磁性能等方面,对屏蔽材料的结构设计也多限于层状复合研究[5~11].针对高精密电子设备,要求低反射、高吸收的屏蔽材料.低反射需要电磁波空间波阻抗与屏蔽材料的阻抗匹配,高吸收则要求材料的损耗特性优良.单一的屏蔽材料难以同时满足上面两个要求,层状设计也很难全面满足低反射、高吸收的要求.有人提出了对频率小于1GHz的电磁波屏蔽材料进行梯度功能结构设计以满足低反射、高吸收的屏蔽要求[12],但其设计思路和具体设计方式又不同于吸波材料:

材料两侧阻抗与空间波阻抗匹配,中间的阻抗值沿厚度方向连续变化,且要求每层的吸收损耗尽量要大.由于同一材料具有高损耗和阻抗匹配不能同时兼顾的特性,结合材料的实际情况,提出“双阻抗匹配层+双阻抗过渡层+高吸收层”（简称双梯度层设计）的SFGM结构设计来实现低反射、高吸收的屏蔽效果.其设计思路是:

材料两侧设计为阻抗匹配层,紧邻阻抗匹配层为阻抗过渡区,中间设计成高吸收区,如图1、图2所示.阻抗过渡区的目的是让电磁波经过上一层的衰减后,由于相邻两层的阻抗相近,能大部分进入下一层,依次类推,最终大部分电磁波进入到高吸收区,达到最大的吸收效果,然后电磁波再通过阻抗过渡区和阻抗匹配层到达外层空间,以实现低反射.由于材料对电磁波的吸收随厚度的增加而增大,因此让高吸收层的厚度很厚,起到主吸收的作用,材料的阻抗过渡区应尽可能薄,主要是因为:

1）阻抗过渡区的最大功能是让电磁波能最大限度地达到高吸收层.2）减少屏蔽层的厚度.该文中提出实现双梯度层对材料有三方面的要求:

1）阻抗匹配的材料;2）改变材料的成分能否调节材料的阻抗特性和损耗特性;3）高吸收材料.并以Ni/Ni-Zn铁氧体/聚乙烯复合材料为例来讨论这个问题.最终设计出的低反射、高吸收屏蔽材料是:

让复合材料的阻抗匹配层由高铁氧体含量材料构成,高损耗区由高Ni含量导电材料构成,阻抗过渡区的成分逐渐从高铁氧体过渡到高Ni含量导电材料.

图1　电磁波与屏蔽材料的交互作用

Fig.1　Thecorrelationbetweenelectromagnetic

waveandshieldingmaterial

图2　双梯度层模型

Fig.2　Doublegradientlevelmodel

3　低反射、高吸收电磁屏蔽材料的研究内容

3.1　电磁参数研究

电磁参数指复介电常数和复磁导率.电磁参数对吸波材料的阻抗匹配和结构设计等方面有很大的影响,同样电磁参数对频率小于1GHz的电磁波屏蔽材料的屏蔽性能和结构设计也有很大的影响.在吸波材料领域有较为详细的研究,但专门针