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概述
調研大綱

根據市場調研發(fā)現,隨著現代科技的迅猛發(fā)展,電磁波在各個領域的應用日益廣泛,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,這些問題不僅會影響電子設備的正常運行,還可能對人體健康造成潛在威脅。為了解決這些問題,電磁波吸收材料應運而生,并成為材料科學領域的研究熱點之一。?

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

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

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,并將電磁能轉換為其他形式能量(如熱能、機械能等)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關鍵要素。?

當電磁波入射到材料表面時,根據能量守恒定律,其能量會按照一定比例分配到反射、透射和吸收三個途徑中,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,從而達到降低電磁干擾和輻射的目的。?

為實現這一目標,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)境之間傳播時就不會發(fā)生反射,能夠順利進入材料內部,實現最大程度的能量吸收。若阻抗不匹配,電磁波會被大量反射回去,無法有效被材料吸收 。通常,通過調整吸波材料的厚度(如使厚度為四分之一波長時,可實現較好的阻抗匹配效果)、改變材料的成分和結構等方式來調整材料的阻抗,使其與周圍環(huán)境相匹配。?

當電磁波進入吸波材料內部后,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。根據電磁感應定律,當交變電磁場作用于材料中的導電顆粒時,顆粒內部會產生垂直于外磁場方向的環(huán)形感應電流,即渦電流。渦電流在鐵磁導體內流動時會產生焦耳熱,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電顆粒的形狀、尺寸、電導率和交變電磁場的頻率等因素密切相關,例如,導電顆粒的尺寸越大、電導率越高,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磁化過程中由于磁滯效應而消耗的能量。在吸波材料中,當交變磁場作用于材料中的磁性顆粒時,顆粒會隨著磁場的變化而發(fā)生磁矩的翻轉,這個過程需要消耗能量,從而產生磁滯損耗 。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 ,比如,磁性顆粒的磁性越強,在交變磁場中翻轉磁矩時消耗的能量就越多,磁滯損耗也就越大。

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