導電介質含量對材料介電常數(shù)、頻散特性的研究

吳文檉 孫悅 江鈴玲 王舟欣 曹龍飛

摘 要：介電常數(shù)控制是介電型吸收劑研究的重點和難點，而介電常數(shù)頻散效應的控制是寬頻帶吸收所必須追求的目標。但迄今為止，人們對上述幾種對復合材料的電磁特性變化規(guī)律、特點等缺乏統(tǒng)一、清楚的認識。對介電常數(shù)頻散特性的研究對尋找寬頻帶質量輕的吸波材料有重要意義。本研究報告金屬材料介電型吸波材料的吸波性能進行簡單介紹，以及從理論上對各種材料對應的頻散特性進行研究分析并，找到相對理想的材料。金屬材料的介電常數(shù)基本上可以連續(xù)調節(jié)、具有比較好雷達波吸收特性。

關鍵詞：金屬材料；介電性能；頻響特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.130

0 概述

隱身技術是一種通過控制和降低武器系統(tǒng)的特征信號，使其難以被探測、發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤和攻擊的技術。根據(jù)探測技術可分為雷達隱身、紅外隱身、聲波隱身、可見光（視頻）及復合隱身技術等。但由于現(xiàn)代及未來戰(zhàn)爭中，雷達是探測目標最可靠的手段，且其使用比例超過了60%以上，因此隱身技術的研究以目標的雷達特征信號為重點，同時展開紅外、激光等其它特征信號控制的研究工作，最后向多功能、高性能的隱身方向發(fā)展[1]。目前，世界發(fā)達國家正在積極開展新型隱身材料和隱身機理的探索和研究，以適應未來戰(zhàn)場對隱身材料的更高要求。作為一個軍事大國，我國更應該大力發(fā)展隱身材料。

1 試驗方法

（1）片層花狀鈷顆粒制備原理：片層花狀鈷顆粒是在強堿液相環(huán)境中，利用水合肼還原絡合態(tài)鈷離子制備而成的，其中絡合劑為酒石酸鉀鈉，具有絡合鈷離子，減緩反應速率的作用。水合肼還原絡合態(tài)鈷離子的化學反應方程式如下：

Co2++n（C4O6H4）2-?[Co（C4H6O4）]n2-2n

[Co（C4O6H4）]n2-2n+3N2H4→[Co（N2H4）]2++n（C4O6H4）2+

[Co（N2H4）3]2++N2H4+OH-→Co↓+N2↑+H2↑+NH3↑+H2O

（2）片層花狀鈷顆粒制備原料及設備。原料：硫酸鈷，酒石酸鉀鈉，氫氧化鈉（NaOH）、十六烷基三甲基溴化銨（簡稱CTAB）、水合肼（N2H4·H2O）、無水乙醇。以上原料均為分析純。

設備：機械攪拌器、超聲波反應器、超聲波清洗器、真空干燥箱。

（3）反應現(xiàn)象：在液相還原反應早期，反應液中具有相對較高的反應物濃度，促使還原鈷原子通過均勻形核生成大量納米鈷顆粒。在高的表面能作用下，納米鈷顆粒因相碰而迅速形成許多顆粒團聚體。由于早期鈷顆粒晶型的不完整性，納米鈷顆粒表面不同處的表面能差異不大，使得鈷顆粒表面不同處的表面能差在納米鈷顆粒堆積形成團聚體的過程中難以明顯起到擇優(yōu)排列的作用[12]。因此，團聚體主要是由納米鈷顆粒的簡單幾何堆積而成，使得團聚體中各納米鈷顆粒的晶體學空間取向不一。在反應后期，還原的鈷原子主要是在已有的鈷顆粒團聚體上沉積，使團聚體中各納米鈷顆粒逐漸緊密連接并長大。因此，當液相中還原鈷原子在納米鈷顆粒團聚體表面沉積速率較低（受鈷原子還原速率、擴散速率和表面吸附等因素控制時，鈷原子有足夠的時間實現(xiàn)低能態(tài)堆積，使團聚體中各納米鈷顆粒各自以具有較低表面能的密排晶面為表面生長。室溫下，密排六方金屬鈷為穩(wěn)定相，當鈷顆粒生長條件接近平衡態(tài)時，團聚體中各納米鈷顆粒應各自以密排六方晶型所具有的低表面能密排晶面（0001）為表面而長大，從而形成由空間取向不同、以密排六方（0001）面作為平展面的納米片組裝而成、且以密排六方晶型為主的片層花狀鈷顆粒。

2 實驗數(shù)據(jù)

利用自由空間反射法去測試復合材料在4～18GHZ的反射系數(shù)，再算其介電常數(shù)，測試條件為電磁波垂直入射，背襯為3mm厚的鋁板。

3 結論

經過以上對兩種金屬材料的頻率與介電常數(shù)實部的對比，我們不難發(fā)現(xiàn)，花狀鈷在5Ghz，10Ghz時對2Ghz時介電常數(shù)實部的倍數(shù)高于花狀鈷和超細鎳粉的介電常數(shù)的倍數(shù)，因此，我們認為，在這兩種材料的狀態(tài)下，花狀鈷的吸波性能更好一些。

參考文獻：

[1]周春華，袁書強，高娃等.隱身材料技術研究進展及發(fā)展趨勢[J].功能材料，2006（37）：875-879.

[2]孟新強，朱緒寶.隱身技術和隱身武器的研究及應用現(xiàn)狀[J].彈箭與制導學報，1999（03）：59-64.

[3]黃風萍，李纓，碳纖維及其復合材料的發(fā)展[J].陶瓷，2005（10）：11-16.

[5）鞏曉陽，董企銘.吸波材料的研究現(xiàn)狀與進展[J].河南科技大學學報（自然科學版），200324（02）：19-22.