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随着电子信息技术在民用及军事领域的飞速发展,电磁干扰、雷达隐身等诸多问题的解决都离不开微波吸收材料(RAM,Radar Absorbing Materials)。按照材料吸收电磁波的原理,微波吸收材料可分为非谐振型与谐振型吸波材料,按照材料的形态,它们又可分为结构型与涂覆型吸波材料。这些材料中,Dallenbach型吸波材料因为厚度薄、材料制备工艺简单成为应用最为广泛和最具代表性的吸波材料。微波吸收材料需要兼具“轻”、“薄”、“宽”、“强”等诸多特点,因此研制轻薄、高效、宽频、高耐候性和高稳定性的吸波材料一直是该领域内的研究重点。传统的吸波材料以羰基铁粉、磁性金属粉、铁氧体为主,这些材料作为Dallenbach型吸收体时密度高,厚度大,对于实际应用存在诸多限制。另一方面,超薄微波吸收材料的设计理论一直缺乏深入系统的研究,以往吸波材料的设计大都基于海量实验结果的总结,缺乏系统性的设计方法。因此,本论文采用不同的制备工艺和不同的材料体系,改善并调控吸波材料的性能,探索Dallenbach型吸波材料的性能与材料本征电磁参数之间的内在联系,系统全面地研究了 Dallenbach型薄层吸波材料的性能及其设计理论。该设计理论可以使我们在相关研究工作中做到有的放矢,大大地缩短吸波材料的研制周期,对于微波吸收材料的设计和制备具有极其重要的指导意义。本论文制备并研究了石墨烯气凝胶与芳纶蜂窝复合结构轻质微波吸收材料,测量石墨烯气凝胶本征电磁参数,并根据Drude模型详细分析了石墨烯气凝胶的电磁散射特性,发现该石墨烯气凝胶对于入射的高于其等离子体频率的电磁波具有一定的微波吸收效果,而对低于其等离子体频率的电磁波基本呈现反射特性。但石墨烯气凝胶与芳纶蜂窝复合之后,由于芳纶蜂窝结构增加了复合材料整体的等效阻抗,减小了电磁波在复合材料界面处的直接反射,同时增加了电磁波在复合材料内部的多次散射路径,从而增强了复合材料整体的微波吸收性能。该复合材料厚度仅4 mm,面密度为0.26 kg/m2,可以在8.8 GHz处实现-15 dB的反射率损耗。磁性材料在吸波材料中具有重要的地位,未掺杂的M型钡铁氧体具有较高的自然共振频率,不适合直接作为X波段的微波吸收材料。本论文通过溶胶凝胶法制备了Zr4+高价态单元素掺杂的钡铁氧体粉体材料,该材料呈现典型的硬磁性材料特征。实验研究发现,此类硬磁性钡铁氧体材料作为Dallenbach吸收体时,其微波吸收性能与材料的磁晶各向异性常数之间存在明显的反相关关系。Zn2+-Zr4+双元素掺杂的M型钡铁氧体材料随着掺杂浓度的增大由硬磁性材料转变为软磁性材料,该体系材料的自然共振频率随之下降,导致其磁导率在X波段呈现明显的弛豫特性。这种磁导率的弛豫特性有效地增强了该材料作为Dallenbach型吸波体的微波吸收性能。实验研究发现,Ba(ZnZr)xFe12-2xO19系列材料在掺杂浓度x=0.6时取得X波段最优吸波性能。同时,本论文利用流延法制备了上述钡铁氧体材料和石墨烯材料的复合薄膜,该薄膜具有优异的微波吸收性能,0.6 mm厚度的复合薄膜材料可在X波段实现-20 dB的反射率损耗,而面密度为0.50 kg/m2,仅为传统羰基铁吸波材料面密度的5%。本论文从方法论的角度,提出了用于设计具有强吸收效应的Dallenbach型薄层吸波材料的图阵分析法,这种设计方法不仅指出了传统阻抗匹配理论和广义匹配理论的缺陷,而且给出了普适条件下吸波材料选材及制备方法,指明了吸波材料的设计路线。而在宽频带吸波材料的设计理论中,本论文给出了材料介电常数与磁导率的频散效应与Dallenbach型薄层吸波材料有效带宽的关系,并指出为了实现薄层Dallenbach吸波材料在宽频段范围内具有良好的微波吸收性能,材料的介电常数实部与磁导率实部的乘积在所需频段范围内应满足μ’(f)ε’(f)∝f-α的关系,α为一个与设计指标相关的系数,要求|α-2|≤p,其中p由设计指标中宽带性能指标与理论最大损耗之间差值决定的量。最后,通过与第三章中实验数据的对比,充分验证了本论文所提出了 Dallenbach型薄层吸波材料强吸收设计与宽频带设计理论的实用性与正确性,该理论将为今后薄层吸波材料的设计提供新的思路。