.550· 工程科学学报，第41卷，第5期 的形状参数、核质和壳质材料的电磁参数、以及填充 2.2磁性金属微粉及其氧化物型核壳结构吸波 浓度都会对等效电磁参数产生影响.上述核壳结构 材料 吸波的等效电磁参数的理论研究虽对吸波涂层设计 金属微粉如Fe、Co、Ni等是一类重要的微波吸 及制备具有一定的指导意义，但离实用化还有很大 收剂，具有较高的介电常数、磁导率、稳定稳定性和 的差距.在电磁波的斜入射情况中，多层吸波涂层 居里温度点.金属微粉壳的包覆形式通常为金属微 的厚度及阻抗匹配之间的相互关系方面还需后续学 粉包覆铁氧体、金属微粉包覆碳材料、金属微粉包覆 者进一步补充讨论 陶瓷，包覆工艺采取化学镀和液相还原法，其优点是 2核壳结构复合吸波材料 反应温和且粉体表面的壳层结构均匀、厚度可控 Wang等[]用化学镀的方法制备了Fe,O,@Co吸波 2.1铁氧体型核壳结构吸波材料 材料，相对于纯的Fe304,Fe3O,@Co具有更强的吸 铁氧体作为双复介质，复介电常数较小，且复 波性能和更宽的带宽.王晓磊等3]用液相还原法 磁导率较大，具有良好的频率特性，其损耗机制既 制备了C@C0核壳亚微米吸波材料，并通过热处理 包括电性材料的极化损耗、电阻损耗、电子和离子 增强其结晶度，在匹配厚度为2.5mm时最小反射损 的共振损耗，也包括磁性材料特有的畴壁共振损 耗可达-23dB.Yuan等[3s]在高温吸波材料SiC粉 耗和磁矩自然共振损耗等，因此在拓宽频带方面 末表面用磁性加以修饰，使其具有高温电子活 具有良好的应用前景.目前的研究主要集中在两 性，能产生强烈的导电损耗，使SC的高温吸波特性 方面，一方面是通过在金属微粉表面包覆铁氧体： 进一步增强.金属微粉包覆的核壳结构吸波材料虽 形成核壳结构.目前用作吸波剂的金属微粉主要 具有良好的温度稳定性，但因金属微粉的抗氧化能 为磁性的Fe,Co,Ni以及合金复合粉末[28-29】，具有 力和耐酸碱能力较差，因此在综合特性上不如铁氧 较高的复磁导率，可以产生较强的磁损耗，但由于 体型吸波材料.磁性金属氧化物由于其电阻率较 趋肤效应的影响，一般不单独作为吸波剂使用.铁 高，可避免在高频下的趋肤效应，同时具有更强的抗 氧体具有较低的电阻率，对金属微粉进行表面修 氧化特性，因此具有代替金属微粉成为新的磁性壳 饰后能克服因导电性过强而使介电常数激减的缺 质的应用潜力.Wang等[36]用双氧水氧化法制备了 点，从而产生良好的吸波性能.哈日巴拉等[0用 Ni@Ni,O3核壳软磁性粒子，低电阻率的Ni,O,的引 共沉淀法在Ni粉表面进行Fe3O,修饰，使两种磁 入极大地抑制了趋肤效应，增强了材料的匹配特性， 性材料产生协同效应，在同等质量的条件下，其吸 其最小反射损耗可达-53.5dB.Liu等[3列]合成了一 波性能优于单独的Ni或Fe,O,·另一方面是将不 种Co@Co0核壳结构材料，并研究了无孔和有孔两 同类型的铁氧体两两复合形成核壳结构.铁氧体 种结构的吸波性能（如图2所示），研究结果表明， 主要依靠自然共振损耗机制吸收电磁波，而不同 无孔和有孔的Co@Co0均具有极优的吸波性能，而 铁氧体的自然共振频段各不相同，因此不同类型 有孔的Co@Co0反射损耗更小，这归因于纳米微孔 的铁氧体复合可以拓宽材料的有效吸波带宽，另 及核壳结构的协同配合. 外，通过稀土离子占据铁氧体中晶格的位置，还可 2.3陶瓷型核壳结构吸波材料 以改善核壳结构的电磁性能.Drmota等[31]用共沉 近年来，陶瓷材料因具有耐高温、防腐蚀、强度 淀法在SrFe12O1g表面包覆Fe30,形成SrFe201g@ 高、化学稳定性好等优良特性而成为微波吸收领域 Fe30,核壳结构并研究了其在400MHz~32GHz的 研究的热点.目前，陶瓷型核壳结构吸波材料的研 吸波特性，研究表明该材料兼具SrFe2O1o和Fe3O4 究主要集中在陶瓷包覆铁基磁性材料.首先，陶瓷 的电磁特征，在低频和高频处均有较好的吸波性 可以通过包覆铁基磁性材料以提升它们的抗氧化能 能.上述两类铁氧体型核壳结构材料虽然能产生 力.朱云斌等38)采用Si0,包覆羰基铁粉，研究表 不错的吸波效果，然而铁氧体也具有密度大，质量 明，Si0,包覆后的羰基铁粉的抗氧化性能显著提高， 大的缺点.为降低铁氧体型吸波材料的密度，俞梁 并且包覆结构使羰基铁粉的复介电常数下降，与复 等[2]采用自反应淬熄法结合热处理工艺制备了 磁导率之间形成了良好的电磁匹配，因此具备更优 Co-Z摻杂的W型钡铁氧体空心陶瓷微珠吸波材 良的吸波性能.在此基础上，一些新型半导体陶瓷 料，尽管空心微珠本身不具备微波吸收效能，但该 如MnO,、SnO,、Zr02、Ti0,等还具有很强的离子导电 材料的特殊结构能够降低材料密度且能增加电磁 能力，和磁性物质复合产生铁电效应，可对电磁性能 波损耗距离，从而提升了吸波剂的综合特性. 进行修饰，完善材料的阻抗匹配性.Qiao等[39]使用工程科学学报,第 41 卷,第 5 期 的形状参数、核质和壳质材料的电磁参数、以及填充 浓度都会对等效电磁参数产生影响. 上述核壳结构 吸波的等效电磁参数的理论研究虽对吸波涂层设计 及制备具有一定的指导意义,但离实用化还有很大 的差距. 在电磁波的斜入射情况中,多层吸波涂层 的厚度及阻抗匹配之间的相互关系方面还需后续学 者进一步补充讨论. 2 核壳结构复合吸波材料 2郾 1 铁氧体型核壳结构吸波材料 铁氧体作为双复介质,复介电常数较小,且复 磁导率较大,具有良好的频率特性,其损耗机制既 包括电性材料的极化损耗、电阻损耗、电子和离子 的共振损耗,也包括磁性材料特有的畴壁共振损 耗和磁矩自然共振损耗等,因此在拓宽频带方面 具有良好的应用前景. 目前的研究主要集中在两 方面,一方面是通过在金属微粉表面包覆铁氧体 形成核壳结构. 目前用作吸波剂的金属微粉主要 为磁性的 Fe,Co,Ni 以及合金复合粉末[28鄄鄄29] ,具有 较高的复磁导率,可以产生较强的磁损耗,但由于 趋肤效应的影响,一般不单独作为吸波剂使用. 铁 氧体具有较低的电阻率,对金属微粉进行表面修 饰后能克服因导电性过强而使介电常数激减的缺 点,从而产生良好的吸波性能. 哈日巴拉等[30] 用 共沉淀法在 Ni 粉表面进行 Fe3 O4 修饰,使两种磁 性材料产生协同效应,在同等质量的条件下,其吸 波性能优于单独的 Ni 或Fe3O4 . 另一方面是将不 同类型的铁氧体两两复合形成核壳结构. 铁氧体 主要依靠自然共振损耗机制吸收电磁波,而不同 铁氧体的自然共振频段各不相同,因此不同类型 的铁氧体复合可以拓宽材料的有效吸波带宽,另 外,通过稀土离子占据铁氧体中晶格的位置,还可 以改善核壳结构的电磁性能. Drmota 等[31] 用共沉 淀法在 SrFe12 O19 表面包覆 Fe3 O4 形成 SrFe12 O19 @ Fe3O4核壳结构并研究了其在 400 MHz ~ 32 GHz 的 吸波特性,研究表明该材料兼具 SrFe12O19和 Fe3O4 的电磁特征,在低频和高频处均有较好的吸波性 能. 上述两类铁氧体型核壳结构材料虽然能产生 不错的吸波效果,然而铁氧体也具有密度大,质量 大的缺点. 为降低铁氧体型吸波材料的密度,俞梁 等[32]采用自反应淬熄法结合热处理工艺制备了 Co鄄鄄Zn 掺杂的 W 型钡铁氧体空心陶瓷微珠吸波材 料,尽管空心微珠本身不具备微波吸收效能,但该 材料的特殊结构能够降低材料密度且能增加电磁 波损耗距离,从而提升了吸波剂的综合特性. 2郾 2 磁性金属微粉及其氧化物型核壳结构吸波 材料 金属微粉如 Fe、Co、Ni 等是一类重要的微波吸 收剂,具有较高的介电常数、磁导率、稳定稳定性和 居里温度点. 金属微粉壳的包覆形式通常为金属微 粉包覆铁氧体、金属微粉包覆碳材料、金属微粉包覆 陶瓷,包覆工艺采取化学镀和液相还原法,其优点是 反应温和且粉体表面的壳层结构均匀、厚度可控. Wang 等[33]用化学镀的方法制备了 Fe3O4@ Co 吸波 材料,相对于纯的 Fe3O4 ,Fe3O4@ Co 具有更强的吸 波性能和更宽的带宽. 王晓磊等[34] 用液相还原法 制备了 C@ Co 核壳亚微米吸波材料,并通过热处理 增强其结晶度,在匹配厚度为 2郾 5 mm 时最小反射损 耗可达 - 23 dB. Yuan 等[35] 在高温吸波材料 SiC 粉 末表面用磁性 Ni 加以修饰,使其具有高温电子活 性,能产生强烈的导电损耗,使 SiC 的高温吸波特性 进一步增强. 金属微粉包覆的核壳结构吸波材料虽 具有良好的温度稳定性,但因金属微粉的抗氧化能 力和耐酸碱能力较差,因此在综合特性上不如铁氧 体型吸波材料. 磁性金属氧化物由于其电阻率较 高,可避免在高频下的趋肤效应,同时具有更强的抗 氧化特性,因此具有代替金属微粉成为新的磁性壳 质的应用潜力. Wang 等[36] 用双氧水氧化法制备了 Ni@ Ni 2O3核壳软磁性粒子,低电阻率的 Ni 2O3的引 入极大地抑制了趋肤效应,增强了材料的匹配特性, 其最小反射损耗可达 - 53郾 5 dB. Liu 等[37]合成了一 种 Co@ CoO 核壳结构材料,并研究了无孔和有孔两 种结构的吸波性能(如图 2 所示),研究结果表明, 无孔和有孔的 Co@ CoO 均具有极优的吸波性能,而 有孔的 Co@ CoO 反射损耗更小,这归因于纳米微孔 及核壳结构的协同配合. 2郾 3 陶瓷型核壳结构吸波材料 近年来,陶瓷材料因具有耐高温、防腐蚀、强度 高、化学稳定性好等优良特性而成为微波吸收领域 研究的热点. 目前,陶瓷型核壳结构吸波材料的研 究主要集中在陶瓷包覆铁基磁性材料. 首先,陶瓷 可以通过包覆铁基磁性材料以提升它们的抗氧化能 力. 朱云斌等[38] 采用 SiO2 包覆羰基铁粉,研究表 明,SiO2包覆后的羰基铁粉的抗氧化性能显著提高, 并且包覆结构使羰基铁粉的复介电常数下降,与复 磁导率之间形成了良好的电磁匹配,因此具备更优 良的吸波性能. 在此基础上,一些新型半导体陶瓷 如 MnO2 、SnO2 、ZrO2 、TiO2等还具有很强的离子导电 能力,和磁性物质复合产生铁电效应,可对电磁性能 进行修饰,完善材料的阻抗匹配性. Qiao 等[39] 使用 ·550·