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概述
調(diào)研大綱

根據(jù)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn),隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展,電磁波在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,比如通信、電子、醫(yī)療、航空航天等。然而,電磁波的廣泛使用也帶來了一系列問題,如電磁干擾(EMI)和電磁輻射污染,這些問題不僅會(huì)影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行,還可能對(duì)人體健康造成潛在威脅。為了解決這些問題,電磁波吸收材料應(yīng)運(yùn)而生,并成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。?

在通信領(lǐng)域,5G 乃至未來 6G 技術(shù)的發(fā)展對(duì)高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸提出了更高要求。大量的基站建設(shè)和電子設(shè)備的使用,使得電磁環(huán)境變得更加復(fù)雜。電磁波吸收材料可以用于基站設(shè)備的電磁屏蔽,減少信號(hào)干擾,提高通信質(zhì)量 ,確保用戶能夠享受到更快速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在消費(fèi)電子領(lǐng)域,如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等設(shè)備的輕薄化和多功能化發(fā)展,使得內(nèi)部電子元件的集成度越來越高,電磁干擾問題愈發(fā)突出。應(yīng)用電磁波吸收材料能夠有效降低設(shè)備內(nèi)部和外部的電磁干擾,提升設(shè)備的性能和穩(wěn)定性,延長設(shè)備使用壽命,為消費(fèi)者提供更好的使用體驗(yàn)。?

在國防和航空航天領(lǐng)域,隱身技術(shù)對(duì)于提高武器裝備的生存能力和作戰(zhàn)效能至關(guān)重要。電磁波吸收材料作為隱身技術(shù)的關(guān)鍵組成部分,能夠有效降低武器裝備的雷達(dá)散射截面(RCS),使其難以被敵方雷達(dá)探測到,從而提高作戰(zhàn)的隱蔽性和突然性,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中占據(jù)優(yōu)勢。例如,隱形飛機(jī)表面涂覆的高性能電磁波吸收材料,使其能夠在敵方雷達(dá)監(jiān)測下實(shí)現(xiàn) “隱身”,突破敵方防空系統(tǒng),完成作戰(zhàn)任務(wù)。

電磁波吸收材料,又稱微波吸收材料,是一類能夠吸收、衰減入射電磁波,并將電磁能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(如熱能、機(jī)械能等)耗散掉,或使電磁波因干涉而消失的材料。其工作原理基于電磁波與材料的相互作用,主要涉及能量守恒、阻抗匹配和電磁損耗三個(gè)關(guān)鍵要素。?

當(dāng)電磁波入射到材料表面時(shí),根據(jù)能量守恒定律,其能量會(huì)按照一定比例分配到反射、透射和吸收三個(gè)途徑中,即入射波功率 = 反射功率 + 透射功率 + 吸收功率。理想的電磁波吸收材料應(yīng)能使反射和透射的電磁波能量盡可能少,而吸收的能量盡可能多,從而達(dá)到降低電磁干擾和輻射的目的。?

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),首先需滿足阻抗匹配條件。阻抗匹配是指吸波材料的電阻和電感與周圍環(huán)境中的電阻和電感相匹配,這樣電磁波在材料與周圍環(huán)境之間傳播時(shí)就不會(huì)發(fā)生反射,能夠順利進(jìn)入材料內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)最大程度的能量吸收。若阻抗不匹配,電磁波會(huì)被大量反射回去,無法有效被材料吸收 。通常,通過調(diào)整吸波材料的厚度(如使厚度為四分之一波長時(shí),可實(shí)現(xiàn)較好的阻抗匹配效果)、改變材料的成分和結(jié)構(gòu)等方式來調(diào)整材料的阻抗,使其與周圍環(huán)境相匹配。?

當(dāng)電磁波進(jìn)入吸波材料內(nèi)部后,電磁損耗開始發(fā)揮作用。電磁損耗主要包括渦流損耗和磁滯損耗。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)交變電磁場作用于材料中的導(dǎo)電顆粒時(shí),顆粒內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生垂直于外磁場方向的環(huán)形感應(yīng)電流,即渦電流。渦電流在鐵磁導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱,造成能量損耗,此為渦流損耗。渦流損耗的大小與材料中的導(dǎo)電顆粒的形狀、尺寸、電導(dǎo)率和交變電磁場的頻率等因素密切相關(guān),例如,導(dǎo)電顆粒的尺寸越大、電導(dǎo)率越高,在相同的交變電磁場頻率下,渦流損耗就越大。而磁滯損耗則是鐵磁體在反復(fù)磁化過程中由于磁滯效應(yīng)而消耗的能量。在吸波材料中,當(dāng)交變磁場作用于材料中的磁性顆粒時(shí),顆粒會(huì)隨著磁場的變化而發(fā)生磁矩的翻轉(zhuǎn),這個(gè)過程需要消耗能量,從而產(chǎn)生磁滯損耗 。磁滯損耗的大小同樣與材料中的磁性顆粒的形狀、尺寸、磁性和交變電磁場的頻率有關(guān) ,比如,磁性顆粒的磁性越強(qiáng),在交變磁場中翻轉(zhuǎn)磁矩時(shí)消耗的能量就越多,磁滯損耗也就越大。

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