劉 博，周 巖，張瑩瑩，孫連來，時(shí) 卓

（遼寧省輕工科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110012）

隨著無線電通信設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電磁干擾和輻射問題已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注[1]。電磁輻射不僅會(huì)給電子設(shè)備和器件帶來干擾，也會(huì)給人類帶來健康上的危害[2]，目前常用解決電磁污染問題的方法是采用電磁波吸收材料[3]。其中最常用吸波材料是鐵基金屬軟磁類材料，這種材料具有較好吸波性能，但是具有比重大，填充率高，耐腐蝕性差等缺點(diǎn)，通過將鐵基金屬類軟磁材料與其他材料復(fù)合，是其制備改性一個(gè)重要方向。

鐵基金屬復(fù)合材料是采用物理或者化學(xué)方法將鐵基金屬吸波材料與其他材料通過包覆、填充、摻雜等一系列方法合成具有優(yōu)良性能的復(fù)合材料。復(fù)合材料具有較大的磁矩、磁化率和較低的矯頑力兼顧更低的相對(duì)密度和高的電阻率，同時(shí)良好的抗氧化性，耐腐蝕性。目前鐵基金屬復(fù)合材料在吸波技術(shù)研究方面，主要圍繞復(fù)合材料種類分成三個(gè)類型：鐵基金屬與碳復(fù)合材料，鐵基金屬與氧化物復(fù)合材料，鐵基金屬與其它材料的復(fù)合材料。

1 鐵基金屬與碳復(fù)合材料的研究

鐵基金屬材料與碳材料復(fù)合近些年成為人們研究的熱點(diǎn)，一方面由于碳材料的低密度（～1.76 g/cm-3）在吸波材料減重方面巨大優(yōu)勢，另一方面碳材料具有略高于金屬材料的電阻率，能夠與磁性金屬材料產(chǎn)生界面效應(yīng)二有利于空間阻抗匹配，同時(shí)碳材料具有良好熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性能夠提高整體復(fù)合材料的穩(wěn)定性。

Liu 等人通電弧放電技術(shù)制備多種鐵基金屬與碳的復(fù)合材料，具體包括(Fe，Ni)/C、.FeNiMo/C、FeNi3/C 等納米膠囊核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，其中鐵基金屬納米顆粒作為核，外部包覆一層碳層外殼。對(duì)比吸波性能可以發(fā)現(xiàn)，(Fe，Ni)/C 這種材料40%摻雜濃度復(fù)合材料時(shí)在2mm 厚度下，在整個(gè)Ku 波段（12.4-18 GHz）具有低于-10dB 的吸波效果，而且材料厚度在1.87-2.1mm變化時(shí)，吸波性能不會(huì)發(fā)生明顯變化；而FeNiMo/C 納米膠囊復(fù)合材料具有更加良好的高頻吸波性能，復(fù)合材料厚度達(dá)到1.7mm，吸波材料反射率在（13-17.8 GHz）具有低于-20 dB 的吸波效果，在2mm 厚度時(shí)候具有覆蓋整個(gè)X（8.2-12.4GHz）和Ku（12.4-18 GHz）低于-10dB 的吸波效果。FeNi3/C 納米膠囊復(fù)合材料，通過納米核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合技術(shù)，吸波特性得到了明顯的提升，復(fù)合材料的吸波性能相比單一FeNi3 金屬吸波劑其在相同厚度下的吸波峰值由原來-20dB 達(dá)到-30dB。

Li 等采用水熱和冷凍干燥技術(shù)合成多元復(fù)合鐵基復(fù)合吸波材料FeNi/CS/rGO（多孔碳基微球包覆鐵鎳合金與還原氧化石墨烯復(fù)合材料），其在1.5mm 厚度下復(fù)合材料在15GHz 頻率位置吸波強(qiáng)度可以達(dá)到-45.2dB 最大吸波強(qiáng)度, 吸波峰寬度低于-10 dB頻率范圍達(dá)到5GHz，具有低厚度，寬吸收，高吸收強(qiáng)度的特點(diǎn)。

Chen 等合成一種HWCNTS/Fe@Fe3O4三元吸波復(fù)合材料，該復(fù)合材料采用前驅(qū)體熱處理技術(shù)將磁性核殼形Fe@Fe3O4納米顆粒修飾在H2O2處理的碳納米管(HCNTS) 制備而成，這種材料在1.5mm 厚度下，可達(dá)-10dB 的吸收頻率寬度可以達(dá)到5.4GHz，具有導(dǎo)電損耗、介電損耗和磁損耗多種電磁波損耗形式，表現(xiàn)出優(yōu)良的吸波性能。

Zuo 等采用靜電紡絲，穩(wěn)定化和碳化工藝合成了一種鐵摻雜碳纖維復(fù)合材料(P-CNF/Fe)，通過引入多孔結(jié)構(gòu)，降低了納米碳纖維的低頻介電常數(shù)，實(shí)現(xiàn)了納米碳纖維介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的阻抗匹配，其在4.42GHz 時(shí)，最小反射系數(shù)達(dá)到了-44.86dB，通過厚度匹配最寬吸波頻率達(dá)到3.28GHz，覆蓋頻率范圍（12.96GHz~16.24GHz）。

Jia 等人通過水熱合成、低溫液相混合和高溫惰性熱處理三步法合成一種鐵顆粒包覆氮摻雜無定型碳微球的復(fù)合磁性材料，他們發(fā)現(xiàn)這種材料在1.2mm 具有-30dB 的電磁屏蔽性能，更重要的是這種反射系數(shù)可以降低到-2.3dB，其認(rèn)為這種材料低反射理想的屏蔽機(jī)制源于氮摻雜和磁性成分作用帶來的損耗性能的增強(qiáng)和阻抗匹配條件的優(yōu)化。

Lou 等人采用預(yù)制的Fe3O4/ 木纖維在1000℃原位碳化制備多孔結(jié)構(gòu)C/Fe 復(fù)合材料，其發(fā)現(xiàn)在匹配厚度為2.2mm，9.86GHz下的最大電磁波損耗值為-32.67dB，同時(shí)其具有寬響應(yīng)吸收頻率，其低于-10dB 的吸收頻率范圍覆蓋3.5GHz 到18GHz 頻率范圍，測試研究認(rèn)為這種多孔C/Fe 復(fù)合材料是一種具有高效寬頻的電磁波吸波材料。

2 鐵基金屬與氧化物復(fù)合材料的研究

鐵基金屬與氧化物復(fù)合材料也是近年研究一個(gè)熱點(diǎn)，氧化物通常具有質(zhì)量輕、化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，其與鐵金屬復(fù)合一方面能降低吸波材料整體質(zhì)量，提高材料的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)能夠降低鐵基技術(shù)表面的電導(dǎo)率，降低渦流效應(yīng)，提高材料整體阻抗匹配條件。

Liu 等采用電弧放電技術(shù)合成自組裝氧化鋁包覆FeCo 納米膠囊復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)這種材料在吸收層厚度為2.0 mm，11.4 GHz 具有最低-30.8db 的反射損耗，他們認(rèn)為該材料納米顆粒的各項(xiàng)異性與增強(qiáng)的自然共振作用賦予這種材料優(yōu)良的吸波特性。

Lim 等人采用一種簡單超聲噴霧熱解法合成Fe/MgO 復(fù)合材料，他們通過采用超聲噴霧熱解和氫還原法合成了氧化鎂（MgO）基體并將熱解還原的納米鐵粉嵌入其中，研究發(fā)現(xiàn)這種材料在1.5mm 的厚度下，其電磁波屏蔽效能能夠達(dá)到-65.6dB，小于-20dB 的頻率寬度可以達(dá)到約為7.8GHz。同時(shí)他們認(rèn)為這種材料制備方法可推廣到磁性復(fù)合材料，用于實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)定制具有定制的高帶寬吸收頻率具有可控含量和有效絕緣的磁性顆粒具有重要意義。

Li 等人采用前驅(qū)體水解與還原氣氛退火的方法，在納米介孔CoFe 合金表面包覆SiO2制備納米膠囊復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)厚度為2 mm，在13.37GHz 器具有最小的-19.93 dB 的吸波損耗，同時(shí)其可獲得4.29GHz 的吸收帶寬（RL<10.0db）。

Wei 等人采用溶膠凝膠技術(shù)結(jié)合前驅(qū)體還原氣氛熱處理技術(shù)合成Fe/SiO2復(fù)合材料，測試發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料在微波波段具有優(yōu)良的電磁參數(shù)性能，其最大反射損耗可以達(dá)到-70dB 以上，同時(shí)在2mm 左右厚度條件下，其具有寬度達(dá)到5GHz 以上（低于-10dB）寬頻吸收性能，是一種潛在高效吸波材料。

Ge 等人采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法合成了核殼結(jié)構(gòu)的CeO2@Fe 復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)鐵- 氧化鈰復(fù)合材料，在70%wt 的摻雜濃度下在9.6GHz（厚度2.54mm）下，其具有最小反射損耗（RL）-17dB。當(dāng)摻雜濃度為80%wt，其具有最寬損耗頻段4.24GHz(RL ≤-10 dB)，對(duì)應(yīng)厚度1.24mm。其認(rèn)為德拜弛豫和界面極化引起的介電損耗和自然共振引起的磁損耗的協(xié)同效應(yīng)是這種復(fù)合材料具有高吸波性能的原因。

Xiang 等人采用液相法合成棒狀的MnO2/Fe 二元復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)通過控制復(fù)合材料Fe 的合適的比例可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)材料不同吸波性能，在1.5 mm 厚度下，其最小反射損耗值（RLmin）可達(dá)-35dB，有效頻率吸收區(qū)（fE）為5.6GHz，他們認(rèn)為呈棒狀復(fù)合材料易于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能夠有效增加介電損耗，從而進(jìn)一步提高材料的吸波性能。

Javid 等人采用電弧等離子體放電一步合成Fe@ZrO2 納米膠囊鏈復(fù)合材料，這種核殼結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)具有很好的熱穩(wěn)定性，在437℃空氣中能夠保持穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料在3mm 的厚度下，具有反射損耗（RL）-45.36dB 的最小值，在1.5mm 厚度下這種材料RL 小于-10dB 有效吸波頻帶覆蓋10.0GHz~18.0GHz。他們認(rèn)為這種材料優(yōu)良的微波吸收能力歸因于多元共振和介電極化，以及合適的電磁匹配。

Li 等人采用電弧放電法合成SnO 包覆FeNi 合金納米膠囊復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)SnO 包覆的FeNi 納米膠囊的自然共振頻率為14.0GHz。在匹配厚度1.95mm，反射損耗在14.8GHz 時(shí)達(dá)到最大值-46.1db，反射損耗超過-20dB 在13.6GHz~16.7GHz范圍內(nèi)反射損耗超過-20db，低于-10db 覆蓋整個(gè)Ku 頻段（12.4GHz~18GHz）。

3 鐵基金屬與其它復(fù)合材料的研究

隨著吸波材料技術(shù)研究不斷發(fā)展，一些新型的吸波材料不斷發(fā)展產(chǎn)生，一些MAX 相陶瓷吸波劑和金屬氮化物等材料引起了研究人員廣泛興趣，而一些研究人員隨之開展其與鐵基金屬復(fù)合材料復(fù)合技術(shù)。

Liu 等人采用碳熱還原法制備Ti3SiC2/Co3Fe7復(fù)合粉體，研究發(fā)現(xiàn)Ti3SiC2/Co3Fe7粉末在8.2GHz~12.4 GHz（X 波段）頻率范圍內(nèi)具有良好的吸波性能。厚度為2.4 mm 的樣品的有效吸收帶寬（反射損耗低于-10dB）為.8GHz~11.9 GHz，在10.0GHz 時(shí)的最小值為-31.2dB 研究認(rèn)為這種粉體具有良好的高溫穩(wěn)定性，可以作為一種潛在高溫吸波材料應(yīng)用。

Ye 等人采用熱解Sm2Fe17N3粉末技術(shù)成功制備了SmN/Fe/Sm2Fe17N3復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)這種材料在0.7-3.2mm 的厚度范圍內(nèi)均具有超過-20dB 的反射損耗，且其在3.2mm 具有最低-33dB 的反射損耗。由于其優(yōu)良的電磁性能在未來輕質(zhì)和超薄電磁波吸波材料方面具有潛在應(yīng)用。

4 結(jié)語

隨著吸波材料技術(shù)的不斷發(fā)展，新型鐵基復(fù)合吸波材料不斷出現(xiàn)，材料從輕質(zhì)化、穩(wěn)定性和整體的吸波性能方面均有明顯的提高。然而目前大部分新型材料制備技術(shù)大部分基于實(shí)驗(yàn)室研究階段，一些材料制備技術(shù)如電弧放電法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法、液相合成法，從材料制備設(shè)備技術(shù)角度決定其制備成本價(jià)格，短期也難以推廣市場應(yīng)用，一些簡易的制備技術(shù)如機(jī)械合金，高溫?zé)徇€原法存在產(chǎn)物不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性差等問題，總之吸波材料研究技術(shù)雖然取得長足的進(jìn)步，但其距離市場化應(yīng)用仍存在巨大的距離，仍有待于不斷完善和發(fā)展。