吸波材料在雷达隐身领域的应用

来 侃，陈美玉，孙润军，尹方方

（1.总后军需装备研究所 汉麻中心，北京100088；2.西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安710048）

现代战争中，雷达是探测目标的主要手段，雷达吸波材料在现代军事隐身中的作用和地位十分突出.随着现代电子技术的迅猛发展，各种新型雷达探测器相继问世，世界各国在空中的防御能力和反导弹能力日益增强，使得飞机、导弹等大型作战武器面临的威胁日益加剧，“发现意味着歼灭”，因而雷达隐身技术成为现代世界各国研究关注的热点.雷达隐身技术可以通过优化探测目标的外形或者在探测目标表面进行涂层处理使其显著吸收雷达波，从而降低雷达回波能量，以达到隐身探测目标的目的［1］.然而，外形隐身技术难度较大、成本高，雷达吸波材料技术相对简单，为此它的发展与应用成为雷达隐身技术发展的关键，是实现武器系统隐身的重要措施之一.吸波收材能够有效吸收入射的电磁波并将电磁能转化成热能耗散掉，或通过干涉使电磁波消失.在日益重要的雷达隐身和电磁兼容（EMC）技术中，吸波材料的作用和地位十分突出，已成为现代军事中电子对抗的法宝和“秘密武器”，并逐渐应用于飞机、导弹等武器上.为此，研究和开发高性能的雷达隐身吸波材料成为各国军事领域中的一个重大课题.

1 雷达隐身吸波材料机理

雷达隐身吸波材料能够对雷达波进行吸收或减小对电磁波的反射.当电磁波在空气中传播遇到媒质时，由于媒质的阻抗与自由空间的阻抗不匹配，电磁波在空气与媒质的截面将发生反射.雷达根据这反射回的电磁波的能量确定检测目标的位置.因此，雷达隐身吸波材料要想达到显著减小其目标物的返回电磁波强度需要从两个方面考虑：使入射波能最大限度地进入材料内部而不被界面反射，即满足阻抗匹配条件和进入材料内部的电磁波能迅速被材料衰减掉，即损耗特性［1-2］.

1.1 阻抗匹配特性

当电磁波从自由空间垂直入射到介质表面时，假设吸波材料的反射系数为R，则

其中，Z和Z0分别为材料和自由空间的波阻抗；μ0和ε0分别为自由空间的导磁率和介电常数；μr和εr分别为材料的相对导磁率和相对介电常数.吸波材料与自由空间的阻抗值越接近，则入射到材料表面的电磁波的反射率越小.因此，要使入射到雷达吸波材料表面的电磁波的反射率为0，理想吸波材料的相对导磁率μr和相对介电常数εr必须相等［3-4］.事实上，还没有一种材料具有这种电磁参数特性，实际设计时，只能尽可能使两者匹配.

1.2 损耗特性

吸波材料的损耗特性大致分为三类：（1）电阻型损耗.此类吸收机制和材料的电导率有关，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流），以热能的形式将入射的电磁波损耗掉.电导率越大，越有利于将入射的电磁能转化成为热能.（2）电介质损耗.即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用并将电磁能转化成热能耗散掉.电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等.（3）磁介质损耗.此类吸收机制是一类和铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，如磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效应等，其主要来源是和磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等［5-6］.

复介电常数ε和复磁导率μ是表征吸波材料性能的基本电磁参数，当电磁波作用在吸波材料上时，电磁波会使吸波材料内部产生磁化和极化，并对外加磁场产生影响.介电常数和磁导率的复数形式为［7］.

其中，ε′，μ′分别为吸波材料在电场或磁场作用下产生的极化或磁化程度的变量；ε″为在外加电场作用下，吸波材料的电偶矩产生重排引起损耗的量度；μ″为在外加磁场作用下，吸波材料的磁偶矩产生重排引起损耗的量度；损耗正切角表示电磁波的介电损耗和磁性损耗特性.电损耗因子和磁损耗因子［8］为

其中，δe，δm分别为电损耗角和磁损耗角.因此，对吸波材料来说，决定其吸波功能的是电导率和磁导率的虚部ε″和μ″，它们引起电磁波能量的损失.因此，理论上材料的ε″和μ″越大，损耗因子越大，吸波性越好.

为此，设计吸波材料的电磁参数时，需既考虑阻抗匹配，使雷达吸波材料表面反射尽可能少，同时又需确保入射吸波材料内部的电磁波尽可能被全部吸收掉（包括透射后被背景物反射的二次吸收），而不会造成雷达波的再次返回.事实上，单一组分材料是很难满足这一要求的，在实际设计雷达隐身吸波材料时，通常对是多种材料进行复合，以便调节电磁参数，使其在较高匹配条件下同时具备最大的吸收损耗电磁波的能力.

此外，还有一种方法可以使一次透射的电磁波进行再次反射后进行有效损耗，即在雷达隐身材料的结构设计时，如果能使雷达隐身材料的一次透射波与二次反射的距离的设计满足一次透射波与二次反射波同波位而互相抵消，这样会使隐身材料对电磁波的反射率降低，获得良好的雷达隐身效果.

当然，目标物体表面会直接影响其对电磁波的反射率，进而影响其对雷达的隐身效果.因此影响目标探测物体的雷达隐身效果的因素除了吸波材料本身的特性外，成型工艺也会对雷达吸波效果有一定的影响.如传统的涂覆型吸波材料中涂层的均匀性会直接影响雷达探测目标对电磁波的反射率，且其存在的吸收频带窄、涂层厚重，比重大，热稳定性差，易脱落等缺点，直接影响吸波材料的使用寿命，尤其是使武器增重，以至于会影响飞机和导弹的飞行性能，无法满足现代战争备装轻量化的要求［9］.

2 雷达吸波材料种类

雷达吸波材料由吸收剂和基体材料构成.雷达吸波材料的吸波性能取决于吸收剂对电磁波的损耗吸收能力.因此，吸收剂是雷达吸波材料研究的重点.按吸收剂种类的不同，雷达吸波材料可分为以下4种：

2.1 钛酸钡系吸收剂

钛酸钡（BaTiO3）类化合物是一类具有吸波性能的电介质材料，对于电磁波能产生介电损耗和磁损耗，以介电损耗为主，主要包括电导损耗、松弛极化损耗和谐振损耗，且成本低廉、化学稳定性好，是一种不错的雷达吸波剂［10-11］.将BaTiO3和环氧树脂制成复合吸波材料对电磁波有较好的损耗特性，当钛酸钡粒子体积含量达到20%时，在8～18GHz频段内有较好的吸收性能.但当钛酸钡粒子体积含量达到30%时，吸波材料在整个8～18GHz频段内的工作带宽有所下降［12］.钛酸钡的介电性能受球磨时间、球磨工艺、粉体粒度等影响.存在晶粒尺寸效应，研究表明：当晶粒尺寸为1.2μm时，钛酸钡的室温介电常数达到最大（4 143），介电损耗 ＜0.03；当晶粒尺寸＜1.2μm时，介电常数随晶粒尺寸的减小而迅速减小［13］.BaTiO3的介电性能除了受粉体粒度［14］影响外，制备时的球磨时间、球磨工艺等均会影响其介电性能［15-16］.适量的稀土掺杂钛酸钡能明显改善电磁性能与吸波性能，且钕（Nd）、镧（La）掺杂对钛酸钡的电磁性质与吸波性能的改变最大.当涂层厚度为2.5mm时，La的掺杂量为0.2%的钛酸钡样品的最小反射率比钛酸钡降低了2倍，达-51dB，小于-10dB的吸收频带宽度拓宽了1.7倍；La的掺杂量为0.6%的钛酸钡样品的最小反射率比钛酸钡降低了18dB，小于-10dB的吸收频带宽度拓宽了2倍［17-18］.

2.2 碳系吸收剂

2.2.1 炭黑 炭黑对电磁波的损耗属于介电损耗.炭黑作为吸波剂，其抗氧化性能差，且单一使用频带较窄.因此，需和其它材料进行复合后用作电磁波的吸收剂.如简单地采用浆料刷涂的方法将高温乙炔炭黑固定于SiC纤维上，然后采用热模压成型制备的2D-SiCf／SiC高温吸波材料.研究结果表明：单层复合材料在某一频段内具有较好的吸波性能，但由于复合材料介电常数频散效应较差，宽频吸波性能不理想［19］.当炭黑颗粒达到纳米级时，比表面积很大，但在复合材料的制备中易产生团聚现象，制备的复合材料中炭黑的含量受限，解决吸波性能带宽问题需要添加合适的分散剂或采用不同吸收剂进行复合材料层铺工艺来解决.偶联剂可以改善吸波材料中内部物质间的分散性.采用偶联剂对吸收剂炭黑颗粒表面进行改性处理后，加入丙烯腈·丁二烯·苯乙烯聚合物（ABS）基体中充分混合挤出成型制成的炭黑／ABS复合吸波材料.可以看到加入偶联剂后吸波效能较未处理有明显提高，吸收峰向高频方向移动3GHz，最大吸收峰从-15.63dB下降到-21.76dB［20］.偶联剂的加入不仅使炭黑导电粒子均匀分散在基体中，而且使得被包覆的炭黑粒子不能相互直接接触，因而不易在基体内部形成导电网络，从而降低了炭黑颗粒的电导率，使其对电磁波的阻抗与自由空间的阻抗相近，即满足阻抗匹配，降低了反射损耗.同时，也使得电磁波在其结构内部发生电磁损耗而提高吸收损耗.因此，制备的炭黑／ABS复合吸波材料达到了宽频、低反射、高吸收的吸波效果.

2.2.2 石墨 石墨是电损耗材料，质量轻，介电常数较大，介电损耗是主要的吸波机制.其磁导率的虚部几乎为0，几乎没有磁损耗，且其介电常数与磁导率相差较大，阻抗匹配能力差.纯石墨作为吸波材料效果并不理想，只能允许较窄频率范围的电磁波透入其中，其余电磁波在其表面都被完全反射.因此，石墨常常需要和其他材料复合使用.磁性金属材料同时具有电损耗和磁损耗，吸波性能优良，但密度较大.如果两者结合，可优势互补，即在石墨表面包覆磁性金属层后作为吸波材料，可以有效改善吸波材料的阻抗匹配能力，提高其吸波性能，同时又具备材质较轻的特点.例如，采用化学镀在石墨表面镀Ni-P后与硅橡胶复合成厚度为2mm的吸波材料，不仅拓宽了在2～18GHz内的吸收频带，且最大吸收峰也移向高频，在14GHz的最小反射率能达到-7.0dB［21］.虽然吸波性能有所提高，但这种方法总体来说效果还不尽人意，其应用局限性较大.

受“索尔兹伯里屏蔽”启发，学者们研究开发了石墨基索尔兹伯里屏蔽，厚度不足2mm.包括一个充填2%的复合石墨烯环氧乙烯基酯树脂制成的损耗层，芯层采用聚丙烯层.当损耗层厚度为1.02mm，芯层厚度为0.67mm的石墨基索尔兹伯里屏蔽在12.5GHz的最小反射系数可达-26.64dB，大大地拓宽了石墨型吸波材料的应用范围［22］.传统的“索尔兹伯里屏蔽”为三层复合体，包括一个金属层作为反射体，一层无损介电层，其厚度相当于被吸收的电磁波波长的四分之一，以及具有吸收电磁场能量的损耗层.20世纪50年代后期U-2飞机上使用过这种“索尔兹伯里屏蔽”，但由于其频率覆盖太窄，为此开发了多层的吸波材料，使每一层都能让一种频率的反射波发生谐振.乔曼吸波材料就是这种多层结构，最多的达6层，每一层都有一个厚度，且一层比一层的电阻率低［23］.但这种干涉型吸波材料不仅尺寸和质量都较大，而且只能对一种或最多几种频率的雷达波进行吸收，吸收频带较窄，实际应用受限制.此处使用石墨基复合材料作为损耗层，最大优点是不受芯层为四分之一波长的限制.因为复合石墨烯微片相当于两种不同充填料的复合体，一种是长椭球粒子，主要是控制复合材料的有效导磁率的实部；另一种是宽高比较大的圆柱形棒，主要影响材料的有效电导率.这样，通过适当调整损耗片的厚度和有效介电常数就有望获得薄型芯层的石墨基索尔兹伯里屏蔽.

最新研究表明，利用氧化石墨烯采用水热法合成的石墨／硫化镉纳米复合材料表现出高磁导率和对电磁波的强吸收功能.3.3mm厚吸收层的石墨-硫化镉／石蜡吸波材料在9.95GHz的最小反射损失可达-48.4dB.反射损失低于-20dB的频带可从9.3GHz拓宽至10.7GHz.如果构建一个好的石墨-硫化镉界面，厚度为2～5mm的石墨／硫化镉纳米复合材料对频域为5.2～18GHz电磁波的吸收均可低于-10dB［24］.之所以能达到如此高的吸波效果，关键在于硫化镉纳米颗粒和石墨烯片的匹配，以及构建好的石墨-硫化镉界面以确保三倍的介质弛豫.此外，氧化石墨烯在高温下具有高效的吸波性能，且属于轻质吸波材料［25-26］.

2.2.3 碳纳米管 碳纳米管具有质量轻，导电性可调以及高温抗氧化性能和稳定性好等优点，且它具有的特殊结构和介电性能，使其具有较强的宽带吸波性能，是一种潜在的雷达隐身吸波材料.将碳纳米管和环氧树脂以8∶100的比例浇注在1.2mm的铝板上，当碳纳米管／环氧树脂吸波层厚度为7mm时，最大吸波峰在10.08GHz处反射率达-21.08dB，且存在双波峰，次吸波峰在10.08GHz处反射率达-20.20dB，反射率低于-8dB的带宽可达5.46GHz［27］.制备的1.2mm质量百分比为5% 的碳纳米管／环氧树脂涂层在11.4GHz的最大吸收可达-22.89dB［28］.将碳纳米管加入到聚酯中制备成复合吸波材料.厚度为5.5mm的碳纳米管／聚酯复合吸波材料在10GHz的最低反射损耗达-8dB，同时还发现在毫米波段也表现出明显的电磁波的吸收，意味着可以设计出既能吸收厘米波又吸收毫米波的雷达吸波材料［29］.此外，对碳纳米管进行KOH活化后可提高其吸收性能，活化碳纳米管的比表面积从24.5m2／g显著提高到360.1m2／g，且碳纳米管的各种空结构也能增加微波吸收功能［30］.

为了进一步对碳纳米管作为吸收剂的电磁学性能进行改性，常常在碳纳米管表面镀上金属制成复合吸波材料.研究表明：在碳纳米管表面进行化学镀镍，材料的电磁性能有了较大的变化.镀镍碳纳米管的最大反射损耗值随着匹配的厚度的增加略有减小，但镀镍后的碳纳米管拓宽吸收频带，且反射损耗值大.当碳纳米管的匹配厚度达0.2mm时，碳纳米管／镍吸波材料在15.6GHz的最低反射损耗达-11.40dB，而且在整个电磁波频率2～18GHz测试范围内反射损耗值均小于-10.5dB，能够作为一种理想的电、磁损耗型吸波材料［31-32］.

研究表明，碳纳米管的结构会影响其电磁波的吸收性能.通过测定不同结构碳纳米管的介电常数及导磁率，得到损耗因子和衰减常数大小顺序为：阵列状多壁碳纳米管＞原生团聚状多壁碳纳米管＞纯化团聚状多壁碳纳米管＞纯化后单壁碳纳米管.多壁碳纳米管虽具有较好的吸收效果但应考虑其阻抗匹配.单壁碳纳米管衰减常数随频率变化较小，且具有较宽的吸收峰，但吸收不如多壁碳纳米管［33］.实际应用中选择雷达隐身吸波材料可根据需要选择不同种类或组合不同结构的碳纳米管粉体为原料.

2.2.4 碳纤维 碳纤维具有质量轻、强度高等优点，因此可用作结构型雷达隐身吸波材料的增强材料.可连续碳纤维易导电，是电磁波的强反射体，可用作吸波材料的反射基板.但碳纤维的抗氧化性能差，不适合高温使用，为此，需要对碳纤维进行改性.通常的途径是对碳纤维进行掺杂和表面涂镀层.如在碳纤维表面涂镀镍、钴、Fe3O4、铁氧体和合金粉等磁性材料.此外，碳纤维的截面形状也会影响其吸波性能［34］.如利用中空聚丙烯腈（PAN）纤维为原料，以850℃碳化制备的中空多孔碳纤维作为吸收剂制备的吸波材料的损耗值低于-10dB的带宽达3.05GHz，比实心纤维有所提高［35］.当然，这种中空多孔结构的碳纤维还可使雷达隐身装备轻量化.此外，还有螺旋形手征碳纤维，独特的螺旋几何结构使得其具有优异的电磁性能、光学性能和弹性力学性能.因此，也可用来制备雷达隐身吸波材料.

2.3 铁氧体系吸收剂

铁氧体是应用最早、最广泛、技术最成熟的传统雷达吸波材料，它是既具有磁吸收的磁介质，又具有电吸收的电介质.铁氧体的电阻率较高（108～1012Ω），可避免金属导体在较高频率下产生趋肤效应，即使在高频也能保持较高的磁导率，因此吸收频带宽.其介电常数相对较小，可与其他吸收剂混用来调整电磁参数，因此铁氧体是一种重要的电磁波吸收剂，已经广泛应用于隐身飞行器设计中.

为了进一步改善铁氧体对电磁波的吸收性能，人们采用复合、掺杂以及纳米化等制备方式对其进行改性.如用MnZn铁氧体和橡胶制成复合材料作为吸波剂，当MnZn铁氧体的质量分数占20%时，复合材料的吸波性能最好，最小反射率损失达-37dB，有效频带宽为4.54GHz［36］.铁氧体是亚铁磁性，稀土元素离子的磁矩介于铁磁性和亚铁磁性之间，因此将稀土掺杂到铁氧体中，可以调节铁氧体的电磁参数，改善铁氧体的吸波性能.研究表明：稀土铈（Ce）、镝（Dy）掺杂的M型铁氧体（BaFe12O19）在2～18GHz范围内，最低反射率损耗分别为-12dB和-20dB，而未参杂的BaFe12O19材料的最低反射率损耗分别为-11dB，相比之下稀土掺杂吸波性能改善了很多，不仅如此，稀土Dy掺杂使得BaFe12O19材料的小于-10dB频带宽度分别拓宽了2倍和4倍［17］.用Zn，Co，Ti联合替代制备的BaZn0.9Co1.1Fe15.8Ti0.2O27平面W型钡铁氧体吸波材料在2～30GHz出现4个吸收峰，最小反射率损耗达-25dB，优于未掺杂的钡铁氧体［37］.

由于纳米粉体具有小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应，金属氧化物在细化为纳米粉体时，比表面积增大，处于颗粒表面的原子数越来越多且悬挂键增多，界面极化和多重散射使纳米粉体具有优良的吸波性能［38-39］.通过对比溶胶-凝胶法制备出的不同粒径的Ba（Zn1-xCox）2Fe16O27纳米晶粉体的吸波性能，发现粒径为76nm的材料对微波的最小反射率损耗值达-28dB，且反射率损耗值低于-10dB的频带宽度达6GHz［40］.纳米铁氧体的制备方法分为物理方法和化学方法两大类.物理方法主要为高能机械球磨法.化学方法有很多，如水热合成法、化学共沉淀法、微乳液法、自蔓延高温合成法和溶胶-凝胶法.其中，溶胶-凝胶法是制备纳米材料的一种新工艺.通过控制反应条件和各组分的比例，可以调整复合材料的电磁参数，以优化复合材料对电磁波的吸收性能.此外，纳米铁氧体也可以与结构复合材料或结构吸波材料复合，是一种有发展前途的雷达隐身吸波材料.

但是铁氧体作为电磁波的吸收剂也存在密度大，耐高温性能差的缺点，如为了降低其密度，改善其分散性，研究人员将钡铁氧体用溶胶-凝胶法包覆在陶瓷空心球上，当颗粒粒径为80nm时，最低反射损耗可达-31dB，损耗值低于-10dB的频带可达4GHz，材料的密度仅为1.8g／cm3［41］.采用在空心微珠表面包覆铁氧体，有利于铁氧体微观导电网络的形成，使得复合后材料的导电率增加，增加电磁场能量的损耗.不仅如此，由于空心微珠的颗粒尺寸与电磁波的波长相比很小，电磁波与颗粒表面会发生散射作用也会损耗部分电磁波能量.空心微珠表面包覆铁氧体，不仅会有效降低材料的密度，而且会提高材料的刚度、强度、绝缘性等，是一种性能较好的吸波材料.

传统的铁氧体吸波材料均采用颗粒状粉体进行制备，其密度偏大，限制了铁氧体吸波材料的应用范围.静电纺丝是解决这一问题的较好办法.采用静电纺丝制备吸波材料的吸收剂，不仅可以降低材料的比重，而且由于其比表面积较大，还能增强吸波材料的单位质量的吸收性能.最新研究表明，采用静电纺丝制备平均直径为110±10nm的Ba0.95La0.05Fe12O9纳米纤维，与石蜡制备2mm厚的吸波材料，其最低反射损耗可达-23.02dB，损耗值低于-10dB的频带可达12.6GHz［42］.由此可见，传统的吸波材料与新技术结合，可达到新型吸波材料具有的“薄、轻、宽、强”的特点.

2.4 碳化硅系列吸收剂

碳化硅具有高温强度高、抗蠕变、耐腐蚀、抗氧化、热传导率高、膨胀系数小等优点，主要用作高温陶瓷吸波材料的吸收剂.碳化硅的电阻率介于金属和半导体之间，具有较好的透波性和一定的吸波能力［43］.但单一的碳化硅吸波效果并不理想，因此，通过掺杂或与其他电磁波吸收剂进行复合后使用.如将微米级的碳化硅掺杂在纳米炭黑中，再与环氧树脂复合制成的新型复合吸波材料，当炭黑和碳化硅的质量分数分别为5%，50%时，复合吸波材料的最低反射损耗可达-40dB，损耗值低于-10dB的频带可达7.5～13.5GHz［44］.此外，碳化硅纤维也是碳化硅吸波材料应用的一种主要形式.将纳米金属镍微粒均匀分散在聚碳硅烷（PCS）中，通过熔融纺丝、烧结等制备的含镍碳化硅复合陶瓷纤维，将其正交铺排，与环氧树脂复合，制备出的结构型复合吸波材料对雷达波具有较好的吸波特性.4mm厚的复合材料在8～18GHz范围内损耗值均低于-10dB［45］.含镍SiC复合纤维在这种结构型吸波材料中既能增强、又能改善吸波特性，是一种功能性材料.

2.5 导电高聚物吸收剂

导电高聚物不仅具有较高的吸波特性，而且材料密度小，一般在1.1～2.0g／cm3，可使雷达隐身装备轻量化.但其吸收频带较窄，因此提高其对电磁波的吸收特性和拓宽其有效的频带宽度是导电高聚物吸波材料研究的重点［2］.最基本的方法就是在导电高聚物中进行掺杂，即利用具有共轭π-键的高聚物经化学或电化学方法与掺杂剂进行电荷转移来设计导电结构，实现阻抗匹配和电磁损耗，以达到对电磁波的吸收.

在众多的导电高聚合物中，聚苯胺由于其结构多样化、价格低廉、环境稳定性好以及具有特殊的掺杂机制，因而成为导电高聚物研究的热点.研究表明：取颗粒尺寸为30～80μm、电导率为10-2S／cm的导电聚苯胺，与聚脲以2∶8的体积比混合制成的吸波材料在2～12GHz的频率范围内损耗值均能低于-7dB，且在9.4GHz处最低反射损耗可达-30dB.如果将导电聚苯胺／羰基铁复合粉体与聚脲混合制成吸波材料，其呈现出更为显著的宽频吸波效应，在2～12GHz的频率范围内损耗值均能低于-10dB，且具有均匀吸波效果［46］.此外，采用“包埋法”在聚苯胺中进行掺杂也是一种很好的吸波材料的制备方法.通过液相掺杂将质量分数为35%的Mn-Zn铁氧体包埋在聚苯胺中，制成Mn-Zn铁氧体／聚苯胺复合材料的复合损耗介质，然后再与环氧树脂吸收剂进行复合.结果发现当Mn-Zn铁氧体／聚苯胺复合材料与环氧树脂质量份数各为50%时，复合材料对电磁波的吸收能力在9.2GHz处最低反射损耗可达-29.67dB.损耗值低于-10dB的有效带宽达11GHz［47］.进一步研究表明，Mn-Zn铁氧体／聚苯胺复合材料不仅具有磁损耗，而且改变了聚苯胺的电导率，使Mn-Zn铁氧体的共振频率发生了移动，而简单的混合制成的材料却没有这种现象［48-49］.

此外，采用纳米材料与导电高分子聚合物复合后也能获得较好的吸波性能材料.导电高分子聚合物与纳米复合一方面有利于对电磁波的吸收；另一方面可制得超薄的吸波材料，可满足航空航天的应用要求.目前，已经有核壳结构的导电高聚物与纳米Fe3O4复合制备雷达隐身吸波材料研究的报导，即将具有磁损耗特性的纳米改性铁氧体作为核，以具有电损耗特性的导电高聚物作为壳［50］.制成的纳米复合吸波材料既具有磁和电损耗特性，又具有纳米材料的独特效应，符合新型雷达隐身材料的“薄、轻、宽、强”的特点，作为一种雷达隐身吸波材料将具有很好的发展前景.

2.6 多晶铁纤维系列吸收剂

多晶铁纤维是20世纪80年代开始研究的新型吸收剂，它将电磁波的极化性能与多晶体吸收剂的各向异性相结合，有望减轻涂层重量，是轻质吸波材料中前景较好的一种.多晶铁纤维具有多重吸收机制，但多晶铁纤维的吸波性能受纤维表面形态及直径等因素影响.据美国专利报导，多晶铁吸收剂体积占空比25%时，厚度为1mm的多晶铁纤维吸波涂层在5～20GHz频带内损耗值均低于-10dB［51］.多晶铁纤维可采用化学方法先合成前驱体α-FeOOH多晶体，再经硅包覆、脱水、还原、修饰和纯化后制得.这种制备方法工艺简单、成本低，但所制得的纤维存在空洞、小隙，表面形貌不规整等缺陷，会影响其吸波性能，为此，需对它进行修补.研究表明：采用五羰基铁进行修补后合成的多晶铁纤维吸波性能大幅提高，在8.5～14.6GHz频带内损耗值均低于-10dB，在11.3GHz处最低反射损耗可达-21.8dB［52］.采用五羰基铁Fe（CO5）通过磁引导金属有机化学气相沉积法（MOCVD）制得的多晶铁纤维与环氧树脂复合涂层，研究表明，当多晶铁纤维质量分数为60%时，涂层的面密度仅为1.82kg／m2，1mm厚的涂层在损耗值低于-8dB的有效带宽达4.2GHz，最低反射损耗可达-16.5dB［53］.可见多晶铁纤维适合制备轻质吸波材料.

2.7 等离子体吸收剂

等离子体吸波原理是在武器表面形成等离子云，当雷达发射的电磁波照射到等离子云上时，与等离子的带电离子相互作用，一部分能量就会被带电离子吸收，从而导致雷达发射的电磁波衰减，达到武器隐身的目的.产生等离子云的方式可以是采用等离子发生器、发生片或放射性同位素.可通过设计和控制等离子云能量、电离度、震荡频率和碰撞频率等参数来达到最佳的吸波效果［54-55］.

在飞机、导弹、卫星等装备的特定部位，如强散射区可以采用等离子吸波涂料隐身.涂料以锶-90、锔-242等放射性同位素为原料，在飞行器飞行过程中放射出强α射线，高能粒子促使空气电离形成等离子层，其吸收性能在1～20GHz频带内损耗值可达-17dB.厚度为0.025mm钋-210涂层，可使频率为1GHz入射波衰减10%～20%［56-57］.等离子体隐身技术不仅吸波频带宽.隐身效果好，使用简便，且无需对装备作任何结构和性能上的改变，就能使反射回雷达接收的能量很小，使敌方的雷达侦查系统难以侦探和发现，进而达到隐身的目的.

此外，金属微粉也具有一定的吸波作用.如将Fe-Ti-Si-Al复合微晶粉体与环氧树脂复合制备的3mm厚的吸波材料在593MHz～1.83GHz频带内损耗值均低于-10dB［58］，1.5mm厚的Nd3Fe66Mn2Co18B11复合吸波材料在2.7GHz损耗值可达-6.9dB［59］.

3 雷达吸波材料发展趋势

雷达吸波材料技术的发展和应用是雷达隐身技术发展的重要措施之一.从已经应用的吸波材料可以看出，目前研究人员采用不同吸收剂相互复合，取长补短，利用纳米材料的独特效应，制备兼具电损耗、磁损耗及纳米特殊效应于一体的复合吸波材料，并利用导电高分子的成纤特性和碳纤维等作为增强基体材料，通过一定的结构设计满足雷达隐身吸波材料“薄、轻、宽、强”的特点.

随着雷达探测技术系统性能的提高和种类的繁多，武器装备面临的战争威胁将更加恶劣，对其隐身性能的要求会更高，未来的雷达隐身吸波材料研发人员应开展新的吸波机理以及新型隐身材料的研究.新型雷达隐身吸波材料需要重点考虑以下4个方向：

3.1 轻量化

吸波材料常常会使武器增重，以至于会影响飞机和导弹的飞行性能.未来的新型雷达吸波材料要尽量使用高性能、低密度的吸收剂进行复合以集磁损耗、电损耗于一体，同时通过巧妙的结构设计，确保在加强吸波性能的同时，降低吸波材料的体积密度.即减小武器被雷达发现概率的同时，满足现代战争备装轻量化的要求.

3.2 功能复合化

目前米波雷达、毫米波雷达、激光雷达等先进探测设备相继问世，现代战争中不仅需要对付单一侦查或制导手段，而且会有多种侦查手段同时运用，为此未来雷达隐身吸波材料应满足多频段隐身.此外，还应满足耐高温、耐海洋、环境适应性强、抗辐射、抗冲击等要求，适合恶劣环境使用.

3.3 高频化

雷达测距的精度与电磁波的波长密切相关.电磁波的频率越高，波长越短，则雷达的测距精度越高.现代雷达侦测技术正在向高频发展，因此，未来雷达隐身吸波材料的研究除了考虑在拓宽频带，尽量降低对雷达电磁波反射率的同时，还应探索对高频段电磁波具有较高屏蔽效能的新型雷达隐身吸波材料的研发，以获得理想的雷达隐身效果.

3.4 智能化

现代战争中侦查探测手段往往不可预知，新的智能隐身武器应具有自适应隐身能力.新型雷达智能化隐身吸波材料应能根据入射的电磁波，实时调节材料的电磁参数，使材料的强吸收峰位于入射的电磁波频段，对入射的电磁波进行最大程度的吸收.它的发展和应用是实现武器系统智能隐身的重要措施之一.目前，智能隐身吸波材料的研究尚处于理论研究和实验摸索阶段，材料体系较为单一，智能可调范围较窄，需要对电磁参数可调材料的结构和机理进行理论研究，探索多种材料复合的可行性，拓宽可调吸波频带范围，实现雷达智能隐身吸波材料的工程化等，为武器装备的智能隐身提供了重要的物质基础.

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