電磁波吸收材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與問(wèn)題說(shuō)明

　　電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的安全性研究最早源于軍用設(shè)備的電磁信息防泄露研究，稱為TEMPEST技術(shù)（電磁信息泄露防護(hù)技術(shù)），已經(jīng)有40多年的歷史了。電子設(shè)備中信息通過(guò)傳導(dǎo)和輻射的形式向外部泄露，對(duì)于信息安全來(lái)說(shuō)電磁輻射比傳導(dǎo)更容易被偵獲，也一直是TEMPEST技術(shù)研究的重點(diǎn)，美國(guó)在原理和技術(shù)研究上一直處于領(lǐng)先地位。電子設(shè)備的電磁環(huán)境安全性在民用電子信息產(chǎn)品領(lǐng)域也同樣在進(jìn)行研究。與TEMPEST技術(shù)不同的是民用電子信息產(chǎn)品主要所考慮的不只是自身的信息泄露問(wèn)題，而是外部的電磁場(chǎng)是否會(huì)影響自身設(shè)備的正常工作和自身散發(fā)的電磁場(chǎng)是否會(huì)影響其它電子信息產(chǎn)品的正常工作，稱為EMC（Electromagnetic Compatibility）技術(shù)。EMC的確切含義是：當(dāng)某設(shè)備與其它設(shè)備處于共同的電磁環(huán)境下時(shí)，該設(shè)備不會(huì)由于同一環(huán)境下其它設(shè)備的電磁發(fā)射而遭受不允許的降級(jí)，同時(shí)它在正常工作狀態(tài)下的電磁輻射也不會(huì)使同一環(huán)境下的其它設(shè)備遭受不允許的降級(jí)。為了使處于同一電磁環(huán)境下的不同電子電氣設(shè)備達(dá)到“電磁兼容”，必須對(duì)不同類型的設(shè)備規(guī)定相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)，由此產(chǎn)生了大量的國(guó)際、區(qū)域（如歐洲）、國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有些是推薦標(biāo)準(zhǔn)，有些是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。截止1999年8月，我國(guó)共發(fā)布了76個(gè)EMC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

　　1、電磁波吸收材料的研究現(xiàn)狀

　　1．1 電磁波吸收材料

　　電磁波吸收材料的研究涉及材料科學(xué)、電磁場(chǎng)理論、電磁波吸收材料和吸收體理論、計(jì)算數(shù)學(xué)等，隨著材料設(shè)計(jì)理論和方法的逐漸受到重視，電磁波吸收材料的研究逐漸成為EMC和材料科學(xué)中的一個(gè)重要分支。從理論上來(lái)講EMC技術(shù)對(duì)電磁波吸收材料的基本要求有兩點(diǎn)：

　　（1）無(wú)反射（既完全吸收）；

　?。?）吸收頻帶盡可能的寬。

　　尋找無(wú)反射吸收材料的新設(shè)計(jì)方法一直是人們尋求的目的，但吸收材料也同屏蔽材料一樣存在著對(duì)電磁波的反射問(wèn)題。雖然到目前為止人們已經(jīng)研究了不少的電磁波吸收材料，但是還無(wú)法做到無(wú)反射吸收。但在實(shí)際應(yīng)用中，電子與電氣設(shè)備要求的電磁波吸收材料大都是低反射率的的電磁波吸收材料。

　　目前國(guó)外正在研制和已經(jīng)實(shí)用化的吸波材料和吸波體主要有以下幾種：

　　（1） 鐵氧體系列吸波材料（鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、鋇鐵氧體等）：由于鐵磁材料的共振吸收和磁導(dǎo)率的頻散效應(yīng)，鐵氧體材料具有吸收強(qiáng)、頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各種隱身技術(shù)領(lǐng)域。日本NEC公司研究的鐵氧體吸波材料厚度為3.8mm和 0.9mm的兩層構(gòu)成，單位面積質(zhì)量8kg/m2，衰減-20dB的帶寬為8.5～12.2GHz，衰減-10dB時(shí)帶寬為6～13GHz。

　?。?） 微粉吸波材料：微粉材料（尤其納米吸波材料）由于其奇特的物理化學(xué)性質(zhì)而受到各方面的重視，對(duì)電磁波的反射小、吸收高，是一種值得重視的新材料，在超微粉材料的顆粒中表面原子占整個(gè)顆粒原子的較大比例，表面原子由于懸掛鍵、空鍵較多，其活性大大增加。當(dāng)電磁波入射到這類粒子上時(shí)，分子、電子的運(yùn)動(dòng)加劇，電磁能轉(zhuǎn)化為熱能的效率高，電磁損耗大，其透射和吸收性能取決于粒度大小，利用這個(gè)特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)層間匝配和展寬頻帶的目的。例如，由納米碳化硅纖維為基材制成的電磁波吸收體在8～12GHz的頻率范圍內(nèi)，達(dá)到-15dB吸收的帶寬大于1GHz，經(jīng)特殊處理過(guò)的碳纖維在雷達(dá)波段具有較好的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于金屬粉如羥基Fe粉、Ni粉、Co粉，其粒徑一般在10～50nm之間，也受到了廣泛的研究，但由于抗氧化等性能較差其應(yīng)用性受到限制。

　?。?） 多晶鐵磁性金屬纖維：多晶鐵磁性金屬纖維具有獨(dú)特的形狀特征和復(fù)合損耗機(jī)理（磁損耗和介電損耗），具有重量輕（密度《2kg/m2）、頻帶寬（4～18GHz）和斜入射性能好的優(yōu)點(diǎn)，以及可通過(guò)調(diào)節(jié)纖維的長(zhǎng)度、直徑及排列方式調(diào)節(jié)吸波體的電磁參數(shù)，是一種值得研究的吸波材料。

　　（4） ?？朔螓}基視黃脂：像石墨一樣呈黑色，吸波性能優(yōu)于其它材料，而重量只有鐵球吸波材料的1/10。這種材料的吸波頻帶寬，從長(zhǎng)波到8mm波段都有效，通過(guò)離子位移方式它將電磁波能量全部轉(zhuǎn)換成熱能，但材料本身的溫升并不明顯。

　?。?） 電介質(zhì)陶瓷吸波材料：PZT（鋯鈦酸鉛）、BaTiO3 等電介質(zhì)材料也具有良好的吸波效果，但吸收帶寬小。

　?。?） 導(dǎo)電高分子材料：與其它吸波材料相比具有密度?。ㄖ挥需F氧體的1/5）的特點(diǎn)，通過(guò)摻雜調(diào)節(jié)電導(dǎo)率來(lái)控制其吸波性能，國(guó)外報(bào)道在毫米波段具有-10dB和12GHz的帶寬。

　?。?） 手性吸波材料：它與普通材料相比最大的特點(diǎn)具有手性參數(shù)，在其中傳播的電磁波只能是左旋或右旋的圓偏振波，其優(yōu)勢(shì)在于調(diào)節(jié)手性參數(shù)就可以調(diào)節(jié)阻抗匹配，并且比調(diào)節(jié)μ、ε容易得多；另外，它的頻率敏感性低，易于實(shí)現(xiàn)寬頻吸收。該材料實(shí)用的技術(shù)一旦有所突破，將對(duì)EMC技術(shù)產(chǎn)生重大影響。