纤维增强树脂基吸波复合材料的研究进展

胡婉欣，尹洪峰，袁蝴蝶，汤 云，任小虎

（西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055）

0 前言

随着5G时代的到来，电子设备和无线通信技术的普遍应用，使电磁干扰引起的问题逐渐暴露出来，电磁干扰和电磁波污染不仅会对电子设备造成严重干扰，还会对人体健康和环境造成危害，导致癌症等疾病[1]。因此，原本用于军事领域的吸波材料，如今在民事领域也被广泛需要。吸波材料在军事领域主要用作武器的隐身材料，在民用领域用来降低或阻止电器设备之间的电磁干扰，减少电磁波污染，保护生态环境和人类健康[2-4]。吸波材料按成型工艺可以分为涂覆型和结构型吸波材料，涂覆型吸波材料具有制备工艺简单、成本低等优点，但其存在易脱落、涂层厚、频带窄等问题。而结构型吸波材料在吸波的同时承载，不仅可根据结构设计来拓宽吸收频带，且不增加材料的额外质量，是今后吸波材料的研究重点[5]。

纤维增强树脂基复合材料中引入吸波剂制成的吸波复合材料就是一类结构型吸波材料，纤维对树脂基体的增强作用可以很好地保证材料的力学性能，材料的电磁性能可以通过引入吸波剂来调整从而获得吸波功能[6-7]，实现结构功能一体化。其中玻璃纤维和Kevlar纤维是理想的透波材料，常被用作结构型吸波材料的增强体[8-9]。在吸波复合材料的研究中，树脂基吸波材料因其成本低、密度低、易加工、力学性能和吸波性能可调等优点而备受关注[10]。树脂材料一般分为热固性树脂和热塑性树脂，由于热固性树脂优异的力学性能和耐高温性能，使得目前世界上对树脂基吸波复合材料的研究中，热固性树脂基体的使用更为广泛[11-12]，而热塑性树脂基体却相对出现较少。热塑性树脂不仅有着可与热固性树脂相匹敌的力学性能，还有着冷却后加热还可再软化的特性，这就使得热塑性树脂可重复利用，比热固性树脂更加节能、绿色、环保，且民用领域对吸波材料使用温度的要求不高，使热塑性树脂材料成为今后的研究热点[13]。

1 吸波机理

1.1 电磁屏蔽机制

当电磁波达到材料时通常会发生如图1所示的3种情况，一部分入射电磁波在材料的表面发生反射，一部分电磁波进入材料内部发生多重反射以及被吸波材料所吸收，其余电磁波能够透过材料而被传输。电磁屏蔽材料阻止有害电磁波的机制一般为反射或吸收。吸波材料的吸收机理主要是将入射电磁波能量转化成热能而耗散掉。

图1 屏蔽机制示意图Fig.1 Schematic of electromagnetic shielding mechanisms

吸波材料有2个吸波条件：一是要满足阻抗匹配，即减少电磁波发生表面反射。二是实现最大程度上的衰减。阻抗匹配和微波衰减都和材料的电磁性能有关，材料的电性能和磁性能可由式（1）和式（2）中的复介电常数和复磁导率来表征[14]。

式中εr′——复介电常数的实部

εr′′——复介电常数的虚部

μr′——复磁导率的实部

μr′′——复磁导率的虚部

根据传输线理论，将测量的材料电磁参数带入公式，可以计算吸波材料的输入阻抗和反射损耗，可用表达式（3）和式（4）所示[16]，一般由反射损耗来判定吸波材料的吸波性能，要使反射损耗达到-10 dB以下且频率范围尽可能宽，才能获得较好的吸波性能。

式中Zin——输入特性阻抗

Z0——自由空间阻抗，

F——电磁波频率，GHz

d——材料厚度，mm

C——光速，m/s

RL——反射损耗，dB

1.2 吸波剂的分类及损耗机制

根据吸波材料的损耗机理可将吸波剂分为：电损耗型和磁损耗型。其中电损耗型又可分为电阻损耗型和介电损耗型。除此之外，近几年也出现了一些新型吸波剂，如等离子体吸波剂[17]、手性吸波剂[18]、纳米吸波剂[19-20]等。

电阻损耗型吸波材料主要通过介质与电磁波的电场相互作用，使载流子发生移动从而引起宏观电流，故将电磁波转化为热能所耗散掉。因此，材料的电导率是电阻损耗型吸波剂的重要性能，电导率越大，越有利于电磁波的消耗，但要注意当电导率过大时，材料表面会产生趋肤效应阻碍电磁波的进入[21]，使电磁波被反射而不是被吸收，产生电磁屏蔽效果。这类吸波剂以炭黑、石墨、碳纳米管和碳纤维等碳系材料为主[22]，此外还有导电金属和导电聚合物如聚苯胺[23]、聚吡咯[24]和聚噻吩[25]等。

介电损耗型吸波材料主要是通过介质的极化来损耗电磁波，介质在电磁场的作用下产生极化（主要的极化形式有偶极子极化、空间电荷极化）的过程中会发生驰豫现象从而将电磁波的能量耗散掉[26]。这类吸波剂有碳化硅（SiC）[27]、钛酸钡（BaTiO3）[28]、二氧化钛（TiO2）[29]等。

磁损耗型吸波材料主要是通过介质与电磁场作用产生的磁损耗（磁滞损耗、涡流损耗、磁后效损耗、畴壁共振等）来消耗电磁波的能量[30]。这类吸波材料主要分为铁氧体和磁性金属微粉两大类。铁氧体按结构类型分为尖晶石型铁氧体、石榴石型铁氧体、磁铅石型铁氧体。磁性金属微粉有羰基铁粉、羰基镍粉、羰基钴粉、钴镍合金粉等。

1.3 微波不同波段的划分与应用

微波通常是指频率在300 MHz～30 GHz范围内的波[31]，迄今为止对于微波波段的定义与划分方式有许多种，以下我们介绍一种使用较为广泛的传统波段划分[32]。其中，军用雷达最常使用的波段为X波段，大多数航空和海洋雷达的工作频率在1～18 GHz以上[33]，民用领域电磁波频率一般较低，在L波段以下。表1给出了微波不同波段的划分与应用。

表1 微波不同波段的划分与应用Tab.1 Division and application of different microwave bands

2 纤维增强树脂基吸波复合材料的研究进展

最早的吸波材料主要是以涂覆型吸波材料为主，但随着技术的不断发展，结构型吸波材料逐渐被广泛应用。通常，结构型吸波材料是以树脂为基体，添加吸收剂保证其吸波功能；纤维作为增强体提高其力学性能，经过复合获得纤维增强树脂基吸波复合材料。结构型吸波材料是一类典型的结构功能一体化材料，不仅有着吸收电磁波的功能，还可以从结构上进行设计，使得材料既具有优异的吸波性能还能保证一定的力学性能。以下从单层结构、多层结构、多层夹心结构、频率选择性表面以及塔型结构分别进行介绍。

2.1 单层结构

目前单层结构的吸波材料主要通过改变吸波剂的种类、含量以及材料的厚度来调节材料的吸波性能。邓京兰等[34]以石墨粉为吸波剂，玻璃纤维（GF）为增强体制备了树脂基吸波复合材料，研究了吸波剂的含量和材料的厚度对吸波性能的影响。结果表明，随着石墨粉含量、材料厚度的增加，复合材料的最大吸收峰均向低频移动，显然，吸波剂的含量和材料的厚度对复合材料吸波性能有明显的影响。其试验中吸波性能最好的试样最大反射损耗为-16.8 dB，反射损耗小于-10 dB的带宽为3 GHz。Choi等[9]研究了炭黑（CB）、碳纳米管（CNT）对玻璃纤维增强环氧树脂（EP）复合材料的吸波性能和力学性能，实验得出加入3%（质量分数，下同）CB的复合材料吸波性能最佳，其最大反射损耗约达到-21 dB，反射损耗小于-10 dB的吸收带宽约3.6 GHz。Shin等[35]以多壁碳纳米管（MWCNT）为吸波剂添加到玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料中制得2 mm厚的板材，得到在12～18 GHz范围内最大反射损耗为-29.2 dB，反射损耗小于-10 dB的带宽为4.91 GHz，并且拥有优异的力学性能。彭雪伟等[36]使用了电损耗型吸波剂和磁损耗型吸波剂共同提升材料吸波性能的方式进行研究，以羰基铁粉（CIP）和CNT作为吸波剂，聚乙烯醇（PVA）作为基体进行测试，结果表明，当CNT的质量分数为0.6%时，在8.5 GHz处达到最大反射损耗为-50 dB，小于-10 dB的带宽约为6.3 GHz。由此可以看出，由电损耗型与磁损耗型吸波剂共同提升材料吸波性能的方式效果非常好。Zheng等[37]制备了一种新型吸波剂FeCuNbSiB粉末，添加到玻璃纤维增强环氧树脂吸波复合材料中进行研究，得到在2～18 GHz时最大反射损耗为-30.5 dB，小于-10 dB的带宽为14.8 GHz。

2.2 多层结构

单层吸波材料存在吸波频带的可调节性有限、吸收性能的提升空间小等问题以及力学性能较差等缺陷，从而设计出多层结构来进一步提高材料的综合性能[38]。如图2所示，多层结构一般分为匹配层和吸收层，匹配层的作用主要是将材料的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，即达到透波的效果，这样可以在最大程度上减少入射波在材料表面的反射。吸收层则具有较强的吸波性能，使进入材料内部的电磁波转化为热能从而耗散掉[39-40]。这样的多层结构不仅可以大幅提升材料的吸波性能，还可以使材料的力学性能有所提升，达到结构功能一体化的结构型吸波复合材料。

图2 多层结构示意图Fig.2 Schematic diagram of multilayer structure

Dong等[41]设计并制备了含量为5.5%和15%的CB填充的石英玻璃纤维增强聚酰亚胺（PI/SiO2f）复合材料，结果表明，在相同厚度下，双层复合材料的吸波性能优于单层复合材料。且当5.5%CB掺杂PI/SiO2f复合材料作为厚度为0.7 mm的匹配层和15%CB掺杂PI/SiO2f复合材料作为厚度为0.9 mm的吸收层，其最大反射损耗达到-46.18 dB，反射损耗小于-10 dB的带宽为 3.95 GHz。Chen等[16]以厚度为0.2 mm 的0.5% MWCNT掺杂玻璃纤维增强环氧树脂复合材料作为匹配层，厚度为1.6 mm的40% Fe3O4NPs掺杂玻璃纤维增强环氧树脂复合材料作为吸收层，结果表明，其最大反射损耗为-45.7 dB，且在全X波段有效吸波。姚斌等[42]设计了1层匹配层和2层吸波层的3层复合材料，以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为匹配层，第二层为短切碳纤维（CF）掺杂的环氧树脂复合材料，底层为圆形缝隙活性炭毡电路屏（ACFFS）掺杂的环氧树脂复合材料。结果表明，其最大反射损耗达到-38.54 dB，有效吸收（反射损耗小于-10 dB）带宽为11.33 GHz。Eun等[43]设计并制备了一种表层为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，吸收层为MWCNT添加的环氧树脂/玻璃纤维3层复合层合板、4层复合层合板和7层复合层合板组合在一起的多层吸波复合材料，并研究了分层对材料吸波性能的影响，其中不分层的结构吸波效果最佳，最大反射损耗达到-61.9 GHz，且在X波段全段有效吸收。Gao等[44]设计了一种交替多层结构，MWCNT连续平行分布在聚氯乙烯（PVC）基体的层状空间中。结果显示，在相同MWCNT含量下，交替层状样品在-10 dB以下的吸收带宽和最大反射损耗均高于常规混合样品，且随层数的增加而增加。其中8层交替排列的结构试样的最大反射损耗达到-30.6 dB，有效吸收带宽为3 GHz。

综上所示，相比于单层结构的吸波材料，双层结构使材料的最大反射损耗绝对值更大，有效吸收带宽更宽，吸波性能更优异。另外，双层结构还可以降低复合材料的密度，并且在一定程度上使材料的力学性能也得到了提升。

2.3 多层夹心结构

多层夹心结构是在多层结构材料的基础上，进一步对中间层的结构进行优化设计，这种夹心型结构又被称为“三明治”结构[45]。夹心型结构通常是采用透波性能较好的复合材料作为面板，夹心采用特殊的损耗结构以提高材料的吸波性能[46]，如蜂窝芯、泡沫芯、波纹芯、晶格芯等。相较于简单的多层结构，多层夹心型结构可以通过吸收剂和几何结构的协同效应更进一步地提升材料的吸波性能和力学性能，并且能够减轻多层材料的整体质量，可调节性也有了大幅提升[47-48]。

2.3.1 蜂窝芯结构

此类材料的夹心结构采取蜂窝的形状，一般会在蜂窝芯的表面涂覆吸波材料涂层或者直接使用吸波复合材料制作的蜂窝芯结构作为夹心层，可以通过调节蜂窝结构的几何参数来获取更好的吸波效果[49]。蜂窝芯结构一般会占用较大的空间，但材料的力学性能相对较好。

Choi等[50]采用了环氧树脂/玻璃纤维复合材料薄层作为多层夹心结构的面板材料，蜂窝芯由MWCNT添加的环氧树脂/玻璃纤维复合材料制成。研究结果表明，在蜂窝结构中，入射电磁波的有效厚度变得非常大，且吸收带宽增大。从图3（a）可以看出，样品在3～16 GHz范围内全满足小于-10 dB的吸波性能，且最大反射损耗达到约-36 dB。Huang等[51]采用真空袋技术[图3（b）]制备了羰基铁颗粒（CI）与MWCNT添加的环氧树脂复合材料的蜂窝结构，面板采用玻璃纤维增强环氧树脂，底板采用碳纤维增强环氧树脂。对蜂窝结构进行优化后的研究结果表明，小于-10 dB的带宽为18.37 GHz，最大反射损耗约-46 dB，且此样品的力学性能也十分优异。Kwak等[52]通过化学镀镍的方法对玻璃纤维的电磁性能进行了改进，制备了以环氧树脂为基体的蜂窝芯结构吸波复合材料。与传统的蜂窝芯结构不同，该方法不加入导电颗粒或金属磁性微粉，仅以镀镍纤维来提升材料的吸波性能。结果表明，由图3（c）可以看出，在5.8～18 GHz范围内反射损耗均小于-10 dB，最大反射损耗约为-29 dB，表现出良好的吸波性能。

图3 蜂窝芯结构的制备方法和测试结果Fig.3 Preparation method and test results of honeycomb core structure

2.3.2 泡沫芯结构

此类材料的夹心层一般采用轻质、低密度泡沫作为填充材料，此结构的特点为质量轻、材料的有效吸收带宽较宽。泡沫层不但减轻了材料的整体质量，还起着调节材料的表面阻抗的功能，使得材料的有效带宽增大。通常结合其他夹心结构共同作用，在减轻质量的同时使材料的吸波性能大幅提升。

Choi等[53]采用玻璃纤维增强聚合物（GFRP）、泡沫层以及镀镍玻璃纤维层（NCF）制备出如图4（a）所示的夹心结构吸波复合材料。由图4（b）可以看出，在6.5～17.5 GHz范围内均满足小于-10 dB的有效吸收，最大反射损耗约为-24 dB。这充分说明泡沫层的加入不仅起到了减轻质量的作用，同时也扩宽了材料的有效吸收带宽，进而增强了材料的吸波性能。Choi等[54]以MWCNT添加环氧树脂/玻璃纤维复合材料作为面板和底板，低密度/轻质泡沫作为夹心。如图4（c）黑线所示，经过对C～X波段的目标设计，可得到全段的有效吸收，且C波段的最大反射损耗为-16.4 dB，X波段的最大反射损耗为-25 dB。又对X～Ku波段进行了目标设计，如图4（c）红线所示，也可达到全段有效吸收，Ku波段的最大反射损耗为-25.7 dB。Wang等[55]采用玻璃纤维和碳纤维增强环氧树脂，聚氯乙烯泡沫和频率选择性表面作为夹层结构进行研究。结果表明，如图4（d）左所示，该结构小于-15 dB的带宽为14 GHz，最大反射损耗约为-30 dB，且随着厚度的增加，如图4（d）右所示，在小于-10 dB的带宽可达到约16 GHz，最大反射损耗约为-18 dB。

图4 泡沫芯结构的示意图和测试结果Fig.4 Schematic and test results of the foam core structure

2.3.3 波纹芯结构

此类材料的制作方式和蜂窝结构类似，一般在波纹结构表面涂覆吸波材料涂层或直接采用吸波复合材料制成波纹板结构。通过调节波纹结构的几何参数来调整材料的吸波性能，由于波纹板的特殊结构，可使电磁波在结构内部发生多次吸收，达到较好的吸波效果。此结构可与泡沫芯结构相结合，将轻质泡沫材料填充在波纹板间空隙处，以此减轻质量同时调节材料的表面阻抗，从而获得更好的吸波效果。

Jiang等[56]设计了如图5（a）所示的环氧树脂/玻璃纤维和鱼骨形铜丝制成的复合波纹板，以及聚甲基丙烯酸酯（PMI）泡沫填充通道的吸收/传输复合材料，结果表明，该方案可实现传输带（8.96～12.45 GHz）以下的宽带吸收（5.74～7.84 GHz），吸收率和透射率均大于80%，且泡沫的加入明显改善了结构的力学性能，得到了吸波性能与力学性能都优异的复合材料。Huang等[57]以苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯（SEBS）和炭黑、石墨等材料制备了一种周期性波纹结构并带有表面薄层电阻的吸波复合材料，研究发现该结构的反射损耗峰值和吸收带宽均由波纹结构的几何参数和表面薄层电阻决定。如图5（b）所示，几何参数w影响峰值的大小和位置；h增加时，吸收峰将向低频移动；d增加而其他几何参数不变时，吸收峰将向低频移动。随着薄层电阻的增加，吸收峰逐渐清晰，电阻在2 200 Ω/sq时，出现最大峰值达-41.92 dB。最终，经过研究及测试得到小于-10 dB的吸收带宽达到15.69 GHz。

图5 波纹板结构示意图Fig.5 Schematic diagram of corrugated plate structure

2.3.4 晶格芯

此类材料的夹心层一般为吸波性能较好的材料所制作的损耗晶格结构，再与力学性能较好的面板作为外层所复合而成。通过损耗晶格不同的晶格形状与排列来调整材料的吸波性能。常与泡沫芯结构相结合共同提升材料的吸波性能和力学性能。

Zheng等[58]设计了如图6所示的两种形式的晶格结构，并用泡沫材料填充其中。测试分析了其吸波性能和力学性能，并研究了面板厚度和单元尺寸对吸波性能的影响。研究结果表明，此设计在超轻状态下不仅表现出优异的吸波性能还表现出良好的力学性能。随单元厚度的增加和尺寸的增大，吸波性能也会提高，面板的厚度和单元尺寸决定了吸波强度和力学强度。Huang等[59]采用MWCNT和球形羰基铁颗粒组成的纳米损耗复合材料制备了损耗晶格，面板采用玻璃纤维/环氧树脂复合层合板，底板采用碳纤维/环氧树脂复合层合板，制成了有损晶格夹层结构吸波复合材料。研究结果表明，该结构在3.5 mm厚度下，吸收带宽为16.31 GHz，最大反射损耗为-34 dB。且此结构的力学性能测试结果表明，该晶格组元经历了较长的塑性变形过程。

图6 方形和笼目状晶格结构示意图[58]Fig.6 Schematic diagram of square and Kagome absorbing lattice[58]

2.3.5 特殊夹芯

多层夹心结构已经在吸波复合材料中广泛研究，除了上述介绍的几种常见的夹芯结构外，还有一些特殊的夹芯形式，也对材料的吸波性能有较大的提升。Choi等[60]设计了一种3层吸波复合材料，上下两层是由MWCNT分散的EP/GF复合材料组成，中间层为MWCNT分散的EP/棉织物电阻薄层。棉织物薄层主要的作用是通过匹配上下两层的阻抗来拓宽吸收带宽，上下两层则是通过玻璃纤维来提供结构和力学支撑。研究结果显示，此夹芯结构的有效吸收带宽为4.7～13.7 GHz。Rojas等[61]通过将巴克纸（BP）裁剪成如图7所示的矩形条（RS）和锯齿条（SES）的形式作为夹芯层，并且采用横向与纵向的交替排列方式与EP/GF进行层叠，设计了多层夹芯结构来提高材料的吸波性能和力学性能。研究结果表明，采用矩形条形式的层压板有效吸收带宽为8.2～10.8 GHz，采用锯齿条形式的层压板最大反射损耗可达-41.04 dB。

图7 矩形条和锯齿条巴克纸多层夹心结构Fig.7 Rectangular and serrated buckypaper multilayer sandwich construction

2.4 频率选择表面（FSS）

当平面单元周期性排列并平行于结构面时，该周期阵列称为FSS[62-63]，通常由高导电性材料（如金属和电阻薄片）制成周期图案，通过计算机软件模拟可以设计出适当的图案大小、结构及排列位置等几何参数，从而更好地用来反射、发射或吸收微波能量[64-65]。这类吸波材料相对较薄，但力学性能比不加入FSS的材料有所减弱[66-67]，目前由于FSS表现出的优异吸波性能，采用FSS形式的吸波材料研究越来越多，所以改善其力学性能也有待进一步的研究。

Ye等[68]在两层环氧树脂/玻璃纤维复合层合板之间夹一层还原氧化石墨烯（RGO）薄膜作为FSS（图8）。在厚度为3.2 mm时，整个X和Ku波段的反射损耗均小于-10 dB，最大反射损耗为-32 dB，由此反映出FSS不仅结构简单并且表现出良好的吸波性能。Wang等[69]设计了一种由玻璃纤维树脂基复合材料和两层FSS组成的吸波材料，结果表明，两层FSS导致出现双吸收峰，吸收带宽大幅拓宽，在X和Ku波段达到全段有效吸波，最大反射损耗约为-27 dB。Li等[70]设计制作了一种集成电阻FSS的吸波复合结构，实验结果表明，在5 mm厚的吸波复合材料中插入一层阻性FSS，可产生90%的吸收带宽约11.8 GHz，在10 mm厚的夹层结构中，吸收带宽可扩展至近13 GHz。Daniel等[71]通过在镍化的碳纤维织布中插入不同形状的周期性孔作为FSS进行吸波性能的测试。结果表明，圆形单元和方形单元的吸波效果最好，圆形单元在12.2GHz时最大吸收达到89.8%，方形单元在12.3GHz时最大吸收达82.8%。

图8 FSS夹层结构示意图Fig.8 Schematic diagram of FSS sandwich structure

2.5 塔型结构

此类结构的外形类似“塔”的形状，塔型结构最大的特点是可对斜入射的电磁波进行吸收，由于塔型结构的侧面是具有梯度的子结构，子结构会将电磁波发生多次反射，不同角度的入射电磁波也可以很好地进行衰减。

Chen等[72]采用3D打印技术制作了如图9（a）所示金字塔形状的吸收体结构，选用成型较快的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）为基体材料，碳材料为吸收材料。结果表明，金字塔形结构在5.3～18 GHz的频率范围内实现了有效吸收。此外，金字塔形结构在较大的入射角内还可以保持其吸收带宽。Liu等[73]也通过3D打印技术设计了一款如图9（b）所示的塔式结构，采用CIPs和聚乳酸（PLA）为材料，研究了该结构在不同填充率下的吸收效果，以及该结构与简单金字塔结构在不同微波入射角度下的吸收性能对比。结果表明，当填充率为70%时，有效吸收频带为12.9～18 GHz；填充率为100%时，有效吸收频带为9.5～19 GHz。当微波入射角度大于70°时，该结构比简单金字塔结构吸收性能更好。

图9 金字塔形与塔形结构示意图Fig.9 Schematic diagram of Pyramid structure and tower structure

表2对提到的不同结构的吸波复合材料的吸波性能进行了对比总结，通过反射损耗和有效吸收带宽可以看出，单层吸波复合材料主要通过不同种类的吸波剂来提升吸波性能，其中介电损耗型吸波剂与磁损耗型吸波剂共同使用会大幅提升材料的吸波效果，并且还能有设计性地调节峰值位置以及有效带宽。多层结构吸波复合材料从阻抗匹配和微波吸收两方面入手显著提升了材料的吸波性能。多层夹心结构在多层结构的基础上，使用了不同结构类型作为夹芯，如蜂窝结构、泡沫结构、波纹结构和晶格结构等，利用这些特殊结构使微波发生多次吸收，可达到更好地吸波效果。多层结构和多层夹心结构还可以通过结构设计改善材料的力学性能。FSS设计是目前较为新颖且吸波效果较好的一种形式，结构简单、制作简便，可调节性等优点使其成为当今的研究热点，但要注意其力学性能的下降。金字塔结构可以吸收不同入射角度的电磁波，但其占用空间比较大且制备方法有局限。不同结构的优缺点总结如表3所示。

表2 不同结构吸波复合材料的吸波性能对比Tab.2 Comparison of absorbing properties of absorbing composite materials with different structures

表3 不同结构的优缺点Tab.3 Advantages and disadvantages of different structures

3 纤维增强树脂基吸波复合材料的应用

自20世纪70年代起，纤维增强树脂基吸波复合材料逐渐开始应用于军事的隐身技术。最早应用于飞机隐身材料的纤维是碳纤维，在树脂基中加入碳纤维不仅可以代替金属材料作为承力结构，还由于碳纤维自身具有很好的吸波效果，在1988年美国首次公开的B-2隐身轰炸机中被人们所悉知。经过大量研究发现，将不同纤维通过一定的混杂比例进行混杂，得到的混杂纤维与树脂基复合后有更高的强度和韧性，ATF战斗机的机身和机翼均采用了异型碳纤维和聚醚醚酮（PEEK）纤维的混杂纤维与PEEK树脂基复合的吸波复合材料[74]。玻璃纤维透波性好、力学性能优异，且价格实惠，因此也被广泛应用于军事隐身材料，如美国的ASM-1导弹、SRAM短程攻击导弹的导弹壳体均采用了电磁损耗吸收剂添加的短切纤维增强环氧树脂吸波复合材料。多层结构和多层夹心结构也广泛应用于军事隐身材料，俄罗斯20380号护卫舰采用了两层玻璃纤维增强树脂复合材料面板和一层碳纤维增强树脂复合材料中间层组成[75]。美国B-2轰炸机的机翼蒙皮采用了蜂窝夹芯结构，Kevlar纤维增强环氧树脂作为复合面板，夹芯为Namex蜂窝夹芯，底板为石墨增强环氧树脂复合材料。美国F-117A、B-2、F-22等型号的战机也采用了泡沫夹芯结构吸波复合材料。纤维增强树脂基吸波复合材料如今已经被广泛应用于军事隐身材料，并且民事领域中对有害的电磁波防护也有很大的应用前景。

4 结语

近些年来，随着科技的不断发展，吸波材料的应用越来越广泛，目前首要的问题还是增强材料的吸波性能，使其达到“薄、轻、强、宽”的要求。其中，纤维增强树脂基吸波复合材料取得了巨大的进展，一般来说，吸波剂是复合材料吸波性能的关键，有电损耗型吸波剂、磁损耗型吸波剂以及二者结合添加的方式来赋予复合材料更好地吸波性能。然而，若仅靠吸波剂来调节材料的吸波性能已经不能满足需求了，因此材料的结构设计成为当今吸波复合材料的研究热点，已经设计出多层结构、多层夹心结构以及FSS等。但目前还存在以下几个问题：（1）目前的最新研究大多集中在树脂基吸波复合材料的吸波性能上，但其制备方法的局限性以及其他性能的调节都值得研究。例如，作为结构型的吸波材料，其承载能力也是重要的性能之一，因此材料必须具有较好的力学性能。此外，还需要考虑到吸波材料设计的成本、厚度、耐腐蚀性能等因素。（2）全世界现阶段对于树脂基吸波复合材料的研究大多为热固性树脂基体，关于热塑性树脂基吸波复合材料的研究相对较少，但随着吸波材料应用范围的逐渐拓宽，并且利用热塑性树脂可重复利用的特性可以响应绿色节能环保的理念，热塑性树脂应该成为今后的研究重点。（3）复合材料的吸波性能不仅仅靠吸波剂来提升吸波效果，还要结合材料的特殊结构共同提升吸波性能。本文综合介绍了目前研究较多的几种结构，今后还可以优化设计出多种结构组合的形式，如泡沫芯与折叠芯、蜂窝芯的结合，可以获取更好的阻抗匹配特性和吸波性能。（4）FSS形式不仅结构简单、制备简便、且其吸波性能的可调节性使材料的吸波性能十分优异，是如今科研人员的研究热点，但其存在材料的力学性能比不加入FSS的材料有所下降的问题，这应该得到重视，纤维增强树脂基复合材料就可以解决这个问题，加入透波性能较好的纤维增强体进行力学增强，既不影响材料的吸波性能，还能提升其的力学性能。