642 工程科学学报，第42卷，第5期 同程度的下降，表明Fe3O4@SnO2-l和Fe3O4@SnO2-2 完全反射，与之前反射的电磁波相互干涉.要形成 介电损耗的增强是以牺牲磁损耗为代价的.和 损耗峰，即两束电磁波发生相消干涉，吸波材料的 Fe3O4@SnO2-l相比，FeO4@SnO2-2的介电损耗能 厚度需满足电磁波在介质中波长1的四分之一及 力更强，这主要归因于FeO4@SnO2-2表面的 其奇数倍，此时两束电磁波的相位差刚好为180° SnO2负载量的提高增强了材料的导电损耗能力： 此外，文献[29]还指出，损耗峰的强度由两束电 其次，杨梅状Fe3O4@SnO2-2的SnO2层内空隙能 磁波的能量差决定，即当两束电磁波能量相接 提供更多的散射位点，使入射电磁波产生强烈的 近时才能形成较强的损耗峰，此时吸波材料的 多重散射行为，从而增强材料对人射电磁波的能 归一化特征阻抗(Z=Z/Z,)应接近1，否则即使满 量消耗.另外，与介电损耗相对应，FeO4、FeO4@SiO2、 足相消干涉的条件也只能形成较弱的损耗峰 Fe3O4@SnO2-l和FeO4@SnO2-2磁损耗能力大小 图9为Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2-l1和Fe3O4@ 排序和前文磁性能分析中所推测的排序相同，表 SnO2-2归一化特征阻抗Z分布图，并绘制了相应 明这些材料的磁损耗能力只取决于磁响应能力和 的4厚度-频率曲线.显然，这4种材料具有相似 磁相互作用，而不是其他因素 的4厚度-频率曲线，不同厚度下损耗峰的峰值 除了介电损耗和磁损耗，吸波性能还取决于 频率和该曲线的坐标位点相吻合，其损耗峰的强 电磁波的相消干涉，可用四分之一波长模型解 度完全由Z值决定.Fe3O4的Z值接近1的区域很 释2，即： 小，表明其输人阻抗与自由空间阻抗的匹配性较 nc Im (n=1,3,5,) (4) 差，而当绝缘的SiO2包覆后，使FeO4原本的较弱 4fm Vlursrl 介电损耗能力进一步降低，因此造成更严重的阻 式中，1m为出现损耗峰时吸波材料的厚度，m为损 抗失配，导致吸波性能进一步下降，其结果和 耗峰的峰值频率.当电磁波垂直入射到金属背衬 图7(a)和(b)所示的吸波性能分析相吻合.当 的吸波涂层材料时，一部分电磁波会在空气-涂层 Fe3O4与SnO2复合后，介电损耗能力增强，磁损耗 界面被反射回来：而进入吸波涂层的电磁波会在 能力减弱，两者达到了一个相对平衡的状态，因此 涂层内部继续传播和损耗，接触金属背衬时会被 阻抗匹配能力得到提升.另外，Fe3O4@SnO2-2中 a Z ★ 1.2 1.2 0 1.0 0.8 0.6 0.6 04 0.4 ★1/4 0.2 ★1/4 0.2 0 4 681012141618 4 681012141618 Frequency/GHz Frequency/GHz 5 Z d e 12 1.2 4 1.0 ￥ 1.0 P 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 ★1/4 02 ★1/47 0.2 0 4 6810121416 18 4 681012141618 Frequency/GHz Frequency/GHz 图9研究试样的阻抗匹配图.(a)FeO4:(b)FeO4@SiO2:(c)FezO,@SnO2-l:(d)Fe3O4@SnO2-2 Fig.9 Impedance matching maps of studied samples:(a)Fe:O:(b)Fe:O@SiO2:(c)Fe,O@SnO2-1;(d)Fe:O@SnO2-2同程度的下降，表明Fe3O4@SnO2 -1 和Fe3O4@SnO2 -2 介电损耗的增强是以牺牲磁损耗为代价的. 和 Fe3O4@SnO2 -1 相比，Fe3O4@SnO2 -2 的介电损耗能 力 更 强 ， 这 主 要 归 因 于 Fe3O4@SnO2 -2 表 面 的 SnO2 负载量的提高增强了材料的导电损耗能力； 其次，杨梅状 Fe3O4@SnO2 -2 的 SnO2 层内空隙能 提供更多的散射位点，使入射电磁波产生强烈的 多重散射行为，从而增强材料对入射电磁波的能 量消耗. 另外，与介电损耗相对应，Fe3O4、Fe3O4@SiO2、 Fe3O4@SnO2 -1 和 Fe3O4@SnO2 -2 磁损耗能力大小 排序和前文磁性能分析中所推测的排序相同，表 明这些材料的磁损耗能力只取决于磁响应能力和 磁相互作用，而不是其他因素. 除了介电损耗和磁损耗，吸波性能还取决于 电磁波的相消干涉，可用四分之一波长模型解 释[28] ，即： tm = nc 4 fm √ |µrεr | (n = 1,3,5,...) （4） 式中，tm 为出现损耗峰时吸波材料的厚度，fm 为损 耗峰的峰值频率. 当电磁波垂直入射到金属背衬 的吸波涂层材料时，一部分电磁波会在空气–涂层 界面被反射回来；而进入吸波涂层的电磁波会在 涂层内部继续传播和损耗，接触金属背衬时会被 完全反射，与之前反射的电磁波相互干涉. 要形成 损耗峰，即两束电磁波发生相消干涉，吸波材料的 厚度需满足电磁波在介质中波长 λ 的四分之一及 其奇数倍，此时两束电磁波的相位差刚好为 180°. 此外，文献 [29] 还指出，损耗峰的强度由两束电 磁波的能量差决定，即当两束电磁波能量相接 近时才能形成较强的损耗峰，此时吸波材料的 归一化特征阻抗（Z=Zin/Z0）应接近 1，否则即使满 足相消干涉的条件也只能形成较弱的损耗峰. 图9 为Fe3O4、Fe3O4@SiO2、Fe3O4@SnO2 -1 和Fe3O4@ SnO2 -2 归一化特征阻抗 Z 分布图，并绘制了相应 的 λ/4 厚度–频率曲线. 显然，这 4 种材料具有相似 的 λ/4 厚度–频率曲线，不同厚度下损耗峰的峰值 频率和该曲线的坐标位点相吻合，其损耗峰的强 度完全由 Z 值决定. Fe3O4 的 Z 值接近 1 的区域很 小，表明其输入阻抗与自由空间阻抗的匹配性较 差，而当绝缘的 SiO2 包覆后，使 Fe3O4 原本的较弱 介电损耗能力进一步降低，因此造成更严重的阻 抗失配 ，导致吸波性能进一步下降 ，其结果和 图 7（ a）和（ b）所示的吸波性能分析相吻合. 当 Fe3O4 与 SnO2 复合后，介电损耗能力增强，磁损耗 能力减弱，两者达到了一个相对平衡的状态，因此 阻抗匹配能力得到提升. 另外，Fe3O4@SnO2 -2 中 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 Frequency/GHz Thickness/mm 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 Frequency/GHz Thickness/mm 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 Frequency/GHz Thickness/mm 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 Frequency/GHz Thickness/mm 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Z (a) (c) 1/4λ 1/4λ 1/4λ 1/4λ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Z (b) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Z 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Z (d) 图 9    研究试样的阻抗匹配图. （a） Fe3O4；（b） Fe3O4@SiO2；（c） Fe3O4@SnO2 -1；（d） Fe3O4@SnO2 -2 Fig.9    Impedance matching maps of studied samples: (a) Fe3O4 ; (b) Fe3O4@SiO2 ; (c) Fe3O4@SnO2 -1; (d) Fe3O4@SnO2 -2 · 642 · 工程科学学报，第 42 卷，第 5 期