1、张晟颉第六讲 纳米吸波材料一纳米吸波材料二纳米吸波材料吸波机理三纳米吸波材料分类及应用四纳米吸波材料优缺点主要内容一、纳米吸波材料 吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其它形式的能量。 一、纳米吸波材料 吸波材料一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。二、纳米吸波材料的吸波机理 吸波材料一般分为电损耗型和磁损耗型两类。 二、纳米吸波材料的吸波机理 电损耗型吸波材料主要通过介质的电子极化、离子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波。 二、纳米吸波材料的吸波机理 磁损耗型吸波材料主要通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来吸收、衰
2、减电磁波。二、纳米吸波材料的吸波机理 (1)当材料粒子尺寸在纳米量子级时，量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正处于与微波对应的能量范围(10-5-10-2eV)内，从而导致新的吸波效应。 二、纳米吸波材料的吸波机理 当原子能级发生分裂时，最高和最低能级相对于原子能级的差值只取决于原子间的距离，与原子个数无关。二、纳米吸波材料的吸波机理 当两个原子趋近而形成分子时,孤立原子的每个能级会分裂成两个能级:成键能级Es和反键能级Ea。这两个能级相对于原子能级Eo的差值(Eo-Es)和(Ea- Eo)取决于二原子间的距离。二、纳米吸波材料的吸波机理 当3个、4个或N个由远趋近而形成
3、分子或原子集团时，每个非简并的原子能级将相应的分裂成3个、4个或N个能级。二、纳米吸波材料的吸波机理 这样，原子数越多，相邻能级间距离就非常小，近乎是连续的。也就是说，原子数越多，相邻能级间距离就越小（能级越密）。对于1摩尔固体来说，N =6.021023，因而相邻能级间的距离就非常小，近乎是连续的。二、纳米吸波材料的吸波机理 (2)由于纳米颗粒尺寸小，比表面积大，表面原子比例高，悬挂键增多，从而界面极化和多重散射成为重要的吸波机制。二、纳米吸波材料的吸波机理 二、纳米吸波材料的吸波机理 极化通常有两类：取向极化：通过分子转动方向实现的极化，称为取向极化。位移极化：由于分子正负电荷中心发生相对
4、位移来实现的，故称为位移极化。二、纳米吸波材料的吸波机理 (3) 磁性纳米粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗。在电磁场的辐射下，材料中的原子、电子运动加剧，促使磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收。二、纳米吸波材料的吸波机理 当外加磁场由强逐步减弱至零时，铁磁质中的B B不为零，而是Br，称为剩余磁感应强度。简称剩磁。要消除剩磁，使铁磁质中的B 恢复为零，这时的反向磁场强度称为矫顽力Hc。 当磁场强度变化一个周期后，铁磁质的磁化曲线形成一个闭合曲线，称为磁滞回线。 二、纳米吸波材料的吸波机理 而磁滞损耗的大小与该磁滞回线所围成的面积大小成正比。因此，磁滞回线的面积越大，磁滞
5、损耗也越大。二、纳米吸波材料的吸波机理 纳米材料具有较大的矫顽力，有较大的磁滞损耗面积，这又构成纳米纳米吸波材料新的吸波机理。三、纳米吸波材料分类及应用 由于纳米吸波材料在军事、环境保护、人体防护等方面良好的应用前景，因此对于纳米吸波材料的研究越来越多。三、纳米吸波材料分类及应用 目前研究的主要方面有：纳米金属与合金吸波材料、纳米陶瓷吸波材料、纳米氧化物吸波材料、纳米复合吸波材料、过渡金属硫化物纳米吸波材料等。三、纳米吸波材料分类及应用 1、纳米金属与合金吸波材料 纳米金属吸波材料是以Fe，Co，Ni等金属及其合金制成粉体，与介质型纳米粉体或粘接剂复合制成薄膜。三、纳米吸波材料分类及应用 单一
6、的纳米金属粉的吸渡性能仍存在频带窄、吸收效果差的缺点，而采取复合方式制得的台金粉体吸波性能优于纯的纳米级金属。三、纳米吸波材料分类及应用 2、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SiCN，SiCNO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、强度火、吸波性能好等优点。尤其是SiCN吸波材料，不仅具有以上优点，而且还具有使用温度范围宽(从室温到1 000 均可使用)、用量小、介电性能可调、可以有效减弱红外辐射信号的优良特性。三、纳米吸波材料分类及应用 3、纳米氧化物吸波材料 纳米氧化物吸波材料主要有Fe，Mo，Ti，W，Ni，Sn等的氧化物和复合氧
7、化物，如Fe2O3，Fe3O4，TiO2，LaFeO3，SnO2等纳米粉体。它们不仅吸波性能良好，还兼有抑制红外辐射的功能。三、纳米吸波材料分类及应用 4、纳米复合吸波材料 单一的吸波材料难以达到多波段、宽频带的吸收效果，而拓宽频带、增加频段的酋选方法就是复合。因此纳米复合吸波材料是纳米吸波材料的研究重点。复合方法的种类一般有纳米金属膜绝缘介质复合，纳米金属、纳米铁氧体与聚合物复合等。三、纳米吸波材料分类及应用 5、过渡金属硫化物纳米吸波材 料 过渡金属硫化物纳米吸波材料的主要是指Cd，Mn，Ni，Cu，Zn，Ag等过渡金属的硫化物和复合物。四、纳米吸波材料优缺点 不同种类的纳米吸波材料，在物
8、理、化学方面各有优缺点。四、纳米吸波材料优缺点 金属纳米吸波材料具有比表面积大、颗粒的表面原子相对较多的特点，但是，这种材料的磁损耗不够大，磁导率随频率的升高而降低比较缓慢，对频率拓宽不利。化学稳定性、耐腐蚀性也不够好。四、纳米吸波材料优缺点 纳米陶瓷吸波材料具有耐高温、质量轻、强度火和吸波性能好等特点，但是其制备工艺尚需进一步改善，而且这种材料的红外吸收对遐火温度的依赖性很强。四、纳米吸波材料优缺点 纳米氧化物吸波材料具有良好的吸波性能及抑制红外辐射的功能。四、纳米吸波材料优缺点 过渡金属硫化物及其掺杂类吸波材料在紫外、近紫外、可见光、近红外光区有吸收。四、纳米吸波材料优缺点 但这些吸波材料电存在一些普遍的问题：如在制备中存在一定的团聚现象，研究多局限在纳米粉体上。而且它们的吸波性能往往只是集中在一定的波段，对于在不同波段都有吸收的纳米材料还少有报道。四、纳米吸波材料优缺点 纳米吸波材料的吸波机理表明，对同种物质而言，纳米材料的吸波性能优于常规材料，且纳米颗粒的大小直接影响着物质的吸波性能。社会发展的需要决定了纳米吸波材料的性能目标是：频段多、频带宽、质量轻、耐高温、韧性好。
