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概述
调研大纲

根据市场调研发现,随着现代科技的迅猛发展,电磁波在各个领域的应用日益广泛,比如通信、电子、医疗、航空航天等。然而,电磁波的广泛使用也带来了一系列问题,如电磁干扰(EMI)和电磁辐射污染,这些问题不仅会影响电子设备的正常运行,还可能对人体健康造成潜在威胁。为了解决这些问题,电磁波吸收材料应运而生,并成为材料科学领域的研究热点之一。​

在通信领域,5G 乃至未来 6G 技术的发展对高速、稳定的数据传输提出了更高要求。大量的基站建设和电子设备的使用,使得电磁环境变得更加复杂。电磁波吸收材料可以用于基站设备的电磁屏蔽,减少信号干扰,提高通信质量 ,确保用户能够享受到更快速、稳定的网络服务。在消费电子领域,如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等设备的轻薄化和多功能化发展,使得内部电子元件的集成度越来越高,电磁干扰问题愈发突出。应用电磁波吸收材料能够有效降低设备内部和外部的电磁干扰,提升设备的性能和稳定性,延长设备使用寿命,为消费者提供更好的使用体验。​

在国防和航空航天领域,隐身技术对于提高武器装备的生存能力和作战效能至关重要。电磁波吸收材料作为隐身技术的关键组成部分,能够有效降低武器装备的雷达散射截面(RCS),使其难以被敌方雷达探测到,从而提高作战的隐蔽性和突然性,在现代战争中占据优势。例如,隐形飞机表面涂覆的高性能电磁波吸收材料,使其能够在敌方雷达监测下实现 “隐身”,突破敌方防空系统,完成作战任务。

电磁波吸收材料,又称微波吸收材料,是一类能够吸收、衰减入射电磁波,并将电磁能转换为其他形式能量(如热能、机械能等)耗散掉,或使电磁波因干涉而消失的材料。其工作原理基于电磁波与材料的相互作用,主要涉及能量守恒、阻抗匹配和电磁损耗三个关键要素。​

当电磁波入射到材料表面时,根据能量守恒定律,其能量会按照一定比例分配到反射、透射和吸收三个途径中,即入射波功率 = 反射功率 + 透射功率 + 吸收功率。理想的电磁波吸收材料应能使反射和透射的电磁波能量尽可能少,而吸收的能量尽可能多,从而达到降低电磁干扰和辐射的目的。​

为实现这一目标,首先需满足阻抗匹配条件。阻抗匹配是指吸波材料的电阻和电感与周围环境中的电阻和电感相匹配,这样电磁波在材料与周围环境之间传播时就不会发生反射,能够顺利进入材料内部,实现最大程度的能量吸收。若阻抗不匹配,电磁波会被大量反射回去,无法有效被材料吸收 。通常,通过调整吸波材料的厚度(如使厚度为四分之一波长时,可实现较好的阻抗匹配效果)、改变材料的成分和结构等方式来调整材料的阻抗,使其与周围环境相匹配。​

当电磁波进入吸波材料内部后,电磁损耗开始发挥作用。电磁损耗主要包括涡流损耗和磁滞损耗。根据电磁感应定律,当交变电磁场作用于材料中的导电颗粒时,颗粒内部会产生垂直于外磁场方向的环形感应电流,即涡电流。涡电流在铁磁导体内流动时会产生焦耳热,造成能量损耗,此为涡流损耗。涡流损耗的大小与材料中的导电颗粒的形状、尺寸、电导率和交变电磁场的频率等因素密切相关,例如,导电颗粒的尺寸越大、电导率越高,在相同的交变电磁场频率下,涡流损耗就越大。而磁滞损耗则是铁磁体在反复磁化过程中由于磁滞效应而消耗的能量。在吸波材料中,当交变磁场作用于材料中的磁性颗粒时,颗粒会随着磁场的变化而发生磁矩的翻转,这个过程需要消耗能量,从而产生磁滞损耗 。磁滞损耗的大小同样与材料中的磁性颗粒的形状、尺寸、磁性和交变电磁场的频率有关 ,比如,磁性颗粒的磁性越强,在交变磁场中翻转磁矩时消耗的能量就越多,磁滞损耗也就越大。

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