摘要：目的 制備綜合吸波性能良好的復(fù)合吸波涂層。方法 選擇炭黑和羰基鐵粉進(jìn)行機(jī)械混合，作為吸波劑加入到環(huán)氧樹脂中進(jìn)行吸波材料制備，利用掃描電子顯微鏡對(duì)炭黑和羰基鐵粉分別進(jìn)行微觀形貌的觀察。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在2~18 GHz 內(nèi)測試其電磁性能，研究炭黑和羰基鐵粉含量及涂層厚度對(duì)吸波性能的影響規(guī)律。結(jié)果 通過觀察微觀形貌發(fā)現(xiàn)，炭黑顆粒較小，出現(xiàn)團(tuán)聚和粘附性現(xiàn)象，羰基鐵粉顆粒呈球狀，表面光滑，分散性好。復(fù)合后的材料混合較均勻，羰基鐵粉分散在基體中，與炭黑團(tuán)配合能夠提高材料的吸波性能。純炭黑的吸波頻帶較窄，純羰基鐵粉的頻帶主要集中在中高頻段，而復(fù)合后的吸波頻段較寬，有著良好的吸波性能。炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250%，厚度為2 mm 時(shí)，吸波涂層在9~18 GHz的微波吸收率超過90%，且反射損耗峰值達(dá)到近–45 dB。結(jié)論 炭黑和羰基鐵粉復(fù)合后，吸波材料的吸波頻帶更寬，效果更好，解決了單一吸波劑涂層存在的吸波頻帶窄和集中于高頻段的問題。通過調(diào)節(jié)涂層厚度，可以使材料在相對(duì)應(yīng)的波段獲得更好的吸波性能，從而得到更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：吸波涂層；炭黑；羰基鐵粉；復(fù)介電常數(shù)；復(fù)磁導(dǎo)率；吸波性能

在電子設(shè)備和軍事裝備飛速發(fā)展的時(shí)代，吸波材料廣泛應(yīng)用于軍事武器、雷達(dá)、通信、建筑等行業(yè)中[1-5]。在軍事領(lǐng)域利用吸波材料能夠提高無人機(jī)等設(shè)備的隱蔽性，從而提高探測和偵查能力，不受激光武器的攻擊等[6]。這不僅需要吸波材料的吸波性能強(qiáng)，并且對(duì)吸波材料的輕質(zhì)性、厚度、寬頻性等提出了新的要求[7]，因而需要進(jìn)一步研究材料屬性，獲得綜合性能更高的新型吸波材料。

根據(jù)電磁損耗的機(jī)理，吸波材料可分為電介質(zhì)型、電阻型和磁介質(zhì)型[8]。其中電介質(zhì)型的代表材料是氮化硅[9]，其吸波機(jī)理是介質(zhì)極化的弛豫損耗[10]；電阻型包括炭黑[11-12]、碳纖維[13]、碳化硅[14-15]、石墨烯[16-17]、碳納米管[18-19]等，主要通過材料與電場的相互作用實(shí)現(xiàn)吸波，吸波效果取決于材料本身的介電常數(shù)和電導(dǎo)率；磁介質(zhì)型包括鐵氧體[20-21]、羰基鐵粉[22-23]等，其吸波機(jī)理主要是自共振和磁滯損耗。由于吸波機(jī)理的限制，采用單一類型吸波劑無法實(shí)現(xiàn)寬頻的吸波性能，將2 種或2 種以上的吸波劑混合使用，制備復(fù)合涂層成為新的發(fā)展趨勢。

炭黑作為電阻型材料，具有質(zhì)量輕、介電性能好、成本低等特點(diǎn)，但同時(shí)存在介電常數(shù)過大、阻抗匹配較差、頻帶窄等缺點(diǎn)[12,24-25]。羰基鐵粉有較高的磁導(dǎo)率，且吸波頻帶寬，成本較低，但也存在密度大、難以實(shí)現(xiàn)輕量化的不足[26-27]。因此，為了獲得綜合吸波性能良好的復(fù)合材料，可以將2 種材料共用。共用的方法有2 種，一種是將羰基鐵粉作為匹配層，炭黑作為損耗層，制備多層吸波材料；另一種則是直接將二者混合制備吸波材料。Wang 等[28]將羰基鐵粉和炭黑分別用于匹配層和吸收層，發(fā)現(xiàn)在2~18 GHz 中有2個(gè)吸收峰，并且在羰基鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%或60%時(shí)，<–4 dB 的帶寬大于10 GHz，但涂層較厚，總厚度為4 mm。栗志等[29]通過將羰基鐵粉、炭黑和硫氧鎂基體材料復(fù)合，設(shè)計(jì)了強(qiáng)度高、耐熱好的吸波涂層，將羰基鐵粉和炭黑分別作為匹配層與吸收層，最終在匹配層內(nèi)添加2%炭黑達(dá)到吸波效果，但沒有對(duì)炭黑含量進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)以確定其最佳用量。Liu 等[30]通過試驗(yàn)得到25%的炭黑與25%的羰基鐵粉加入到環(huán)氧樹脂中能夠制備出吸波性能良好的涂層，但炭黑含量過高會(huì)影響材料整體的黏度，在實(shí)際制備中增加了困難。Shen 等[31]將羰基鐵粉、炭黑復(fù)合加入到線性低密度聚乙烯基體中制備吸波材料，發(fā)現(xiàn)500%的羰基鐵粉和7%的炭黑混合均勻后，吸波效果比單一炭黑或羰基鐵粉更好，但是羰基鐵粉含量偏高，會(huì)大大加大涂層的密度，不利于制造和實(shí)際使用。由此可見，炭黑與羰基鐵粉復(fù)合吸波材料可有效提高綜合吸波性能，但針對(duì)材料配方和制備工藝的定量研究還不夠具體和深入。

本文將電阻型吸波材料炭黑與磁介質(zhì)型吸波材料羰基鐵粉進(jìn)行混合，在掃描電鏡下觀察其微觀形貌，并且與單純的炭黑和羰基鐵粉作對(duì)比，討論其吸波性能。重點(diǎn)關(guān)注不同配比的炭黑和羰基鐵粉含量以及涂層厚度對(duì)復(fù)合材料整體吸波性能的影響，最終制備出寬頻高效的吸波涂層。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與制備

E51 環(huán)氧樹脂由廣州穗心化工有限公司提供，固化劑1021 由絡(luò)合高新材料（上海）有限公司提供，炭黑（CB）由天津正遠(yuǎn)科技有限公司提供，羰基鐵粉（CIP）由河北樂伯金屬材料科技有限公司提供。在E51 環(huán)氧樹脂中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的1021 固化劑，放入攪拌機(jī)中進(jìn)行混合，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為300 r/min，攪拌1 h 以保證攪拌均勻，再加入相對(duì)應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的羰基鐵粉，均勻攪拌30 min 后，加入相對(duì)應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的炭黑，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為與環(huán)氧樹脂的百分比。炭黑加入后，將材料放入攪拌機(jī)中均勻攪拌1 h 后進(jìn)行脫泡。本試驗(yàn)利用臺(tái)式脫泡離心機(jī)進(jìn)行脫泡，轉(zhuǎn)速為4500 r/min，脫泡時(shí)間為5 min。復(fù)合材料脫泡之后擠出到對(duì)應(yīng)的模具中，放入80 ℃烘箱中恒溫10 h使其完全固化，取出樣品在干燥環(huán)境放置7 d，最終完成制樣。制得的試樣為外徑7 mm、內(nèi)徑3 mm、高2 mm 的空心圓環(huán)。

1.2 測試與表征

使用掃描電鏡（SEM，JEOL JSM-IT500LA）觀察炭黑和羰基鐵粉微粒，以及固化后復(fù)合材料的微觀形貌。采用傳輸線同軸法，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Agilent E5071C Keysight）在2~18 GHz 頻率內(nèi)測量材料的電磁參數(shù)，包括復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期試驗(yàn)，以4%炭黑或250%羰基鐵粉作為單一吸波劑的材料吸波效果最佳。然而，2 種吸波劑復(fù)合后，吸波性能隨含量的變化規(guī)律受到面密度、阻抗匹配等多種因素綜合影響，需要設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)一步探究。本文設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，分別探究炭黑和羰基鐵粉含量對(duì)復(fù)合材料電磁性能影響，具體的材料配比見表1 和表2。

表1 不同炭黑含量的吸波材料配比

表2 不同羰基鐵粉含量的吸波材料配比

在上述測試結(jié)果的基礎(chǔ)上，研究涂層吸波性能的影響因素。吸波性能通常采用反射損耗wRL 來表示，在涂層中，由于沒有復(fù)雜結(jié)構(gòu)增加衰減，反射損耗通常由式（1）和（2）所示[32]。

式中：k 為玻爾茲曼常數(shù)；d 為涂層厚度；ε 和μ代表材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率。通過式（1）和（2）可以看出，反射損耗與材料的配方（電磁參數(shù)）及涂層厚度有關(guān)。因此，將炭黑含量、羰基鐵粉含量和厚度分別作為變量進(jìn)行探究，炭黑含量、羰基鐵粉含量分別見表1 和表2，厚度分別取值為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm。

2 分析與討論

2.1 吸波劑和復(fù)合材料的微觀形貌

炭黑和羰基鐵粉在掃描電鏡下（5 000 倍）的微觀形貌如圖1 和圖2 所示。由圖1 可知，炭黑顆粒較小，出現(xiàn)了團(tuán)聚和粘附現(xiàn)象。這種團(tuán)聚和粘附形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能夠增大材料的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。但因?yàn)樘亢谂c基體樹脂的相容性較差，阻抗匹配較低，所以宏觀上很難大幅度提高材料的吸波性能。由圖2 可以看出，羰基鐵粉顆粒基本呈球狀，顆粒較為飽滿，粒徑為1~5 μm，表面光滑，這有利于其在基體樹脂中均勻分散。與炭黑相比，羰基鐵粉的吸波性能更好，主要因?yàn)轸驶F粉依靠介電損耗和磁損耗，能夠提高阻抗匹配，從而增強(qiáng)材料對(duì)電磁波的吸收。但羰基鐵粉的吸收頻段較窄，且密度更大，不利于吸波涂層的輕量化。

圖1 炭黑的SEM 形貌

圖2 羰基鐵粉的SEM 形貌

制備完成的環(huán)氧樹脂基復(fù)合吸波材料的微觀形貌如圖3 所示。從圖3 可以清晰地看出，羰基鐵粉顆粒均勻分散在基體材料中，無團(tuán)聚現(xiàn)象。與純炭黑相比，加入羰基鐵粉能夠有效降低材料的介電常數(shù)，提高阻抗匹配。與純羰基鐵粉相比，炭黑的加入則能夠提高材料的介電常數(shù)，減少羰基鐵粉的使用量，在提高吸波性能的同時(shí)，降低材料密度。炭黑與羰基鐵粉復(fù)合使用，材料的吸波機(jī)理也隨之發(fā)生改變，與純炭黑或純羰基鐵粉對(duì)比，可通過電與磁的雙重?fù)p耗機(jī)制拓寬吸波頻帶，提高吸波材料的性能。

圖3 復(fù)合材料的SEM 形貌

2.2 吸波劑含量對(duì)復(fù)合材料電磁參數(shù)的影響

2.2.1 炭黑含量

復(fù)合材料在電磁性能的描述中一般需要比較2個(gè)參數(shù)：一個(gè)是復(fù)介電常數(shù)ε；另一個(gè)是復(fù)磁導(dǎo)率μ。介電常數(shù)的實(shí)部ε′代表介質(zhì)儲(chǔ)存電磁波的能力，虛部ε″代表損耗電磁波的能力；復(fù)磁導(dǎo)率實(shí)部μ′代表了介質(zhì)對(duì)電磁波的儲(chǔ)存能力，而虛部μ″代表損耗電磁波的能力。

不同含量炭黑添加到復(fù)合材料后，復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部與對(duì)應(yīng)頻率之間的關(guān)系分別如圖4 和圖5 所示（“CB2-CIP2.5”表示“炭黑2%-羰基鐵粉250%”，下同）。通過圖4a、b 對(duì)比介電常數(shù)的實(shí)部和虛部發(fā)現(xiàn)，增大炭黑含量，介電常數(shù)的實(shí)部增加，虛部基本不變，但整體介電常數(shù)緩慢增長，但當(dāng)炭黑含量增加到10%時(shí)，復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部總體上均有明顯提升，實(shí)部的均值在12 以上。通過分析圖5a、b 發(fā)現(xiàn)，隨著炭黑含量的增加，材料的磁導(dǎo)率沒有明顯變化，主要是因?yàn)樘亢谧鳛榈湫偷碾娮栊蛽p耗材料，不具有導(dǎo)磁性，對(duì)材料的磁導(dǎo)率不產(chǎn)生影響，但炭黑含量在10%時(shí)，材料的復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部都有一定的下降。

圖4 不同炭黑含量對(duì)材料復(fù)介電常數(shù)的影響

圖5 不同炭黑含量對(duì)材料復(fù)磁導(dǎo)率的影響

復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率虛部與實(shí)部的比值大小決定了材料的損耗形式，稱為損耗角的正切值，如式（3）和式（4）所示。

為了觀察探究10%炭黑的材料損耗屬性是否有別于其他組，通過式（3）和（4）計(jì)算得到炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、8%、10%復(fù)合材料的損耗角正切值，如圖6 所示。可以看出，當(dāng)炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從4%增加到8%時(shí)，介電損耗角正切值提升較小，而磁損耗角正切值降低明顯，但因?yàn)樘亢诤枯^少，材料的磁損耗遠(yuǎn)大于介電損耗，所以復(fù)合材料損耗形式仍以磁損耗為主；當(dāng)炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從8%升高到10%時(shí)，材料的介電損耗有了大幅提升，磁損耗基本不變，二者差距有了明顯減小，介電損耗在某些區(qū)域高于磁損耗。雖然損耗材料主要以羰基鐵粉為主，但此時(shí)材料的介電常數(shù)有了明顯提高，材料逐漸由磁損耗向介電損耗轉(zhuǎn)換。因此，10%炭黑材料的介電常數(shù)比8%有明顯提高，而磁導(dǎo)率變化不明顯。

圖6 不同含量炭黑的損耗角正切值

2.2.2 羰基鐵粉含量

不同含量羰基鐵粉復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率如圖7 和圖8 所示。通過圖7 可知，隨著羰基鐵粉含量的增加，材料的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部先增加，羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)到150%后，再加入羰基鐵粉，材料的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部有下降的趨勢，但是下降幅度較小。羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在250%時(shí)，復(fù)介電常數(shù)實(shí)部降低到6 左右。后續(xù)再添加羰基鐵粉，材料整體的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部有了大幅提高，而羰基鐵粉含量對(duì)復(fù)介電常數(shù)的虛部無明顯影響。通過圖8 可知，羰基鐵粉的加入相比純炭黑能夠明顯提高材料的復(fù)磁導(dǎo)率，而且羰基鐵粉含量的增加與復(fù)磁導(dǎo)率基本呈正相關(guān)趨勢。

由于介電常數(shù)和磁導(dǎo)率并不是單調(diào)變化的，因此根據(jù)式（3）和（4）計(jì)算羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%、150%、250%、300%時(shí)的損耗角正切值，如圖9 所示。通過圖9 可以看出，材料吸波機(jī)制以磁損耗為主。雖然羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在150%時(shí)，復(fù)磁導(dǎo)率實(shí)部有所下降，但是與羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%時(shí)相比，磁損耗的特性仍然更加顯著。羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到250%時(shí)，磁損耗基本達(dá)到最大值，繼續(xù)添加羰基鐵粉，材料的損耗性質(zhì)基本沒有提升。

圖7 不同羰基鐵粉含量對(duì)材料復(fù)介電常數(shù)的影響

圖8 不同羰基鐵粉含量對(duì)材料復(fù)磁導(dǎo)率的影響

圖9 不同含量羰基鐵粉的損耗角正切值

2.3 復(fù)合材料的吸波性能

炭黑/羰基鐵粉的反射損耗與頻率之間的關(guān)系如圖10 所示。通過圖10 總體可以看出，隨著厚度的增加，各組分的峰值均向左移動(dòng)。圖10a、b 中，當(dāng)厚度為1.0 mm 時(shí)，材料整體的吸波性能較差，雖然羰基鐵粉和炭黑的加入能夠提升吸波性能，但提升幅度有限，吸波性能整體受厚度限制。當(dāng)厚度提升到1.5 mm時(shí)，添加量較多的CB8-CIP2.5 組在高頻（12~18 GHz）出現(xiàn)峰值，但是帶寬在6 GHz 左右，帶寬較窄。隨著厚度增加到2.0 mm，峰值逐漸左移，吸波帶寬都有明顯增加，CB2-CIP2.5 和CB4-CIP2.5 和CB4-CIP1.5組的吸波效果更好。其中，CB4-CIP2.5 組的帶寬最寬，9~18 GHz 的吸收率在90%以上，峰值約為－40dB。隨著厚度繼續(xù)增加到3.0 mm，帶寬變窄，吸波效果減弱。相比于純炭黑和純羰基鐵粉的結(jié)果，將炭黑和羰基鐵粉復(fù)合的吸波劑能夠大幅提升吸波性能。但在厚度較低時(shí)，炭黑或羰基鐵粉含量過高，同樣也會(huì)減小峰值，其原因是過高含量的吸波劑使得涂層表面的阻抗匹配大大降低，導(dǎo)致電磁波無法進(jìn)入材料內(nèi)部。比較反射損耗與厚度頻率的三維圖（圖11a—k）可更直觀地看出上述問題，還可以看出，厚度為1.5~2.5 mm 時(shí)，炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%和4%、羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250%的吸波效果較好。涂層厚度為1~1.5 mm 時(shí)，炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%、羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250%的吸波效果較強(qiáng)。通過觀察投影圖可以看出，隨著厚度的增加，材料出現(xiàn)峰值的頻率由高頻向低頻移動(dòng)，整體近似為扇形。這主要是因?yàn)槠桨褰Y(jié)構(gòu)在1/4 波長的厚度下能夠在截面之間形成干涉相消，能夠使損耗的介質(zhì)層與自由空間形成較好的阻抗匹配，從而使得該頻率下的反射損耗達(dá)到峰值。不同材料反射損耗的峰值對(duì)比如圖12 所示，虛線代表吸波效率達(dá)90%以上（<–10 dB）的分界線。通過圖12a、b 均可看出，炭黑、羰基鐵粉均添加后，相較于添加純炭黑或純羰基鐵粉的吸波性能明顯提高。圖12a 中，涂層厚度為1.0 mm 時(shí)，材料的反射損耗均在–10 dB 以內(nèi)，吸波效果不明顯，但隨著厚度的不斷增加，在1.0~2.0 mm 時(shí)，吸波效果大幅提高。繼續(xù)增大材料的厚度，吸波效果逐漸下降，但下降趨勢較小，表明材料厚度大于2.0 mm 后，對(duì)吸波效果無明顯影響。在炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%和4%時(shí)，吸波效果較好，變化明顯，繼續(xù)增大炭黑含量后，吸波峰值變差。圖12b 中，羰基鐵粉含量偏高（>100%）時(shí)的吸波效果較好，并且在涂層厚度增加的過程中，吸波效果均為先增加、后減小。

不同厚度下復(fù)合涂層的帶寬（<–10 dB）如圖13所示。–10 dB 代表材料對(duì)電磁波的吸收率在90%。通過圖13a 可知，在厚度為1.0 mm 時(shí)，帶寬均為0，表明電磁波的吸收率很低。復(fù)合涂層厚度從1.0 mm逐漸提升到2.0 mm 的過程中，帶寬明顯增加，電磁波吸收率有了顯著的提高，帶寬最大值出現(xiàn)在炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250%時(shí)，近9GHz。繼續(xù)增加厚度，帶寬逐漸減小，但減小的幅度較小，這與最大峰值出現(xiàn)的規(guī)律基本一致。通過對(duì)比炭黑含量可以看出，炭黑含量較高的試驗(yàn)組在1.5 mm時(shí)的帶寬最寬，說明吸收率在90%以上的頻率更多，整體吸波性能更好；而炭黑含量較低的復(fù)合涂層厚度在2.0~3.0 mm 時(shí)，帶寬均大于高炭黑含量組。另外，相比較于不加炭黑試驗(yàn)組，加少量炭黑能夠提高材料的電磁波吸收率。通過圖13b 可以看出，不加羰基鐵粉的試驗(yàn)組，帶寬均為0，吸波效果較差，但將羰基鐵粉和炭黑復(fù)合之后，帶寬比之前有了明顯增加。與炭黑試驗(yàn)組的試驗(yàn)規(guī)律近似，在1.0 mm 處電磁波吸收率均比較差，但當(dāng)涂層厚度增大到2 mm 時(shí)，涂層的吸收率有了明顯的提升，帶寬大大增寬。當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250%時(shí)，帶寬達(dá)到最大。涂層厚度繼續(xù)增加，帶寬明顯變窄，吸波效果減弱。通過比較羰基鐵粉含量發(fā)現(xiàn)，羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在低于250%時(shí)，涂層在2.0 mm 處的帶寬最寬；當(dāng)羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于250%時(shí)，涂層在1.5 mm 處達(dá)到最寬。

圖10 不同厚度的復(fù)合材料反射損耗

圖11 不同厚度吸波涂層的反射損耗三維圖

圖12 反射損耗峰值

圖13 不同厚度涂層的帶寬（<–10 dB）

通過圖10—13 對(duì)吸收帶寬（<–10 dB）以及峰值的比較，綜合制備過程中的材料特性，最終選擇4%炭黑、250%羰基鐵粉作為材料，制備的涂層厚度為2mm 時(shí)，在9~18 GHz 的吸收率在90%以上，并且峰值出現(xiàn)在12.5 GHz 左右，峰值約為–40 dB。分析材料的吸波機(jī)理可知，電磁波垂直入射到涂層表面，大部分被吸波劑的涂層進(jìn)行損耗，小部分在界面發(fā)生反射。由圖6 和圖9 所示損耗角正切大小可知，炭黑/羰基鐵粉復(fù)合材料的磁損耗角正切遠(yuǎn)大于介電損耗角正切，材料的能量轉(zhuǎn)換主要是由磁損耗為主，介電損耗為輔。磁損耗的損耗機(jī)制主要是依賴于磁滯損耗、共振、渦流損耗等機(jī)制，增大電磁波散射[21]。介電損耗主要是通過炭黑粒子對(duì)電磁波的反射和散射，以及炭黑和羰基鐵粉之間的界面極化[33]。將電阻型損耗機(jī)理的炭黑和磁損耗機(jī)理為主的羰基鐵粉復(fù)合能夠產(chǎn)生相互作用，二者適量地混合能夠有效減少炭黑和羰基鐵粉的團(tuán)聚，形成復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有利于電子躍遷，并使得涂層內(nèi)部產(chǎn)生界面極化，改善了復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，提高阻抗匹配，使其利于吸收電磁波，提高電磁波的吸收帶寬和峰值。當(dāng)其中某一成分過高或單一成分吸波時(shí)，容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，形成渦流效應(yīng)強(qiáng)烈的傳導(dǎo)電流，降低涂層阻抗匹配，從而影響吸收效果。

3 結(jié)論

1）單純的炭黑或羰基鐵粉的吸波效果較差，吸收頻帶較窄，不適合作為最終的吸波材料應(yīng)用。

2）通過確定炭黑/羰基鐵粉的配比，獲得更好的吸波效果。當(dāng)炭黑含量增加時(shí)，材料的介電屬性得到加強(qiáng)，吸波效果有明顯提升，在炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，吸波效果最好。進(jìn)一步提高炭黑含量，吸波性能降低，整個(gè)過程反射損耗峰值逐漸向左移動(dòng)。當(dāng)羰基鐵粉含量增加時(shí)，材料的吸波性能提高，在羰基鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250%時(shí)達(dá)到最大，進(jìn)一步提高羰基鐵粉含量，材料的吸波性能降低，整個(gè)過程中反射損耗峰值逐漸左移。因此，最終選擇4%炭黑和250%羰基的鐵粉作為材料，其整體的吸波性能較好。

3）通過仿真分析不同厚度的吸波涂層對(duì)吸波性能的影響，本文設(shè)計(jì)的涂層厚度為2 mm，吸波帶寬（<–10 dB）覆蓋9~18 GHz，達(dá)到了寬頻吸收微波的性能。

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