- 前言
随着电子信息技术的飞速发展，相关军事技术的提升，敌对干扰破坏等复杂电磁环境的影响，使得过去的雷达隐身技术装备难以应对。雷达通过发射电磁波到目标，散射的电磁波被雷达接收，被探测到的战机将面临着被敌军摧毁的风险，严重威胁了战机在现代战争中的生存能力。发展先进的雷达隐身技术已经成为提高战机等空中武器纵深打击能力的关键。因此，掌握先进的隐身技术将有利于我国在现代化战争中占据主导优势。实现雷达隐身的有效办法之一就是在战机表面涂覆一层高效的电磁波吸收材料，以减少电磁波的散射，降低被雷达发现的可能性。各国对微波吸收材料的需求与曰俱增，对微波吸收材料吸波性能的要求也越来越高。微波吸收材料的发展越来越明显地呈现出材料形态上低维化、材料组成上复合化、功能上频谱兼容化、材料设计上智能化超常化、材料性能上多样化和材料应用上民用化的发展趋势。所以研究、开发和制备高性能的雷达吸波材料成为隐身技术领域中的重要课题。
2、吸波材料概述
吸波材料指的是能够通过自身的吸收、衰减作用来减少电磁波的反射和散，使电磁波耗散掉的一类材料。其中，吸波剂可以分为磁性材料吸波剂和介电材料吸波剂，分别对应的损耗机理是磁耗和介电损。在实际吸波材料与电磁波相互作用的过程中，可以具体分为两个过程，首先电磁波进入材料的内部，接着进入的电磁波被衰减，再转化为热能耗散掉。 通过调节材料的电磁参数介电常数εr、磁导率mu;r来调控吸波材料的反射损耗以及阻抗匹配性，是设计和提高单层吸波材料的吸波性能的主要手段。磁性材料兼具磁性和介电性质，所以对复数磁导率mu;r和复介电常数εr两个变量参数同时进行精确的定向调控，实现较为困难。而介电材料一般具有非常稳定的化学性质，能够保证其在实际应用中的长期服役。介电材料其复数磁导率的实部u′=1，虚部uPrime;=0。因此，在纯介电材料体系中，材料的实际吸波性能只跟其本征的复介电常数(εr=ε′-jεPrime;)有关。在材料吸波性能仅仅取决于单一变量(εr)时，要实现吸波性能的定向调控就变得理论上更加可行。
3、吸波材料的发展及研究现状
从最初人们对吸波材料的研究仅局限于传统的铁氧体作为一种相关研究较多的吸波材料，在高频段范围内具有较高的磁导率和较大的电阻率，使得电磁波易于进入其内部并衰减速度较快而被广泛地应用在雷达吸波材料领域中，但由于其密度较大、温度稳定性差等缺点成为制约其在微波领域发展的一个因素。因此为了克服这些缺点各国研究人员期望通过调整铁氧体本身的化学组份、颗粒半径及其分布状况、粒子形貌等技术来提高铁氧体材料的损耗特性和降低其密度纳米材料因其具有独特的结构特性，金属、金属氧化物和某些金属材料的纳米级超微细粉末在细化过程中由于纳米效应处于表面的原子数越来越多，纳米材料的活性逐渐增大，在电磁场的作用下原子、电子运动加剧，促使其磁化并使电磁能转化成热能，从而增加了对电磁波的吸收。复合吸波材料已经成为一种极有发展前途的微波吸收材料。
在研究纳米材料的基础上，纳米复合型吸波材料被越来越多的人所研究，石墨烯泡沫空间网络结构具有良好的亲水性和吸附性，利用这种特性可以使过渡金属离子或聚合物吸附到石墨烯层间，形成过渡金属/石墨烯材料。这种复合材料既有石墨烯的介电损耗，又有过渡金属的磁损耗，同时还可能存在石墨烯与过渡金属之间由于纳米耦合效应引起的损耗，具有许多优点如比重轻、吸波频段低、电磁参数可调及损耗大等，有望成为一种较为理想的吸波材料。湖南大学文双春、邹艳红领导小组等人制备出Ni、Fe/氧化石墨纳米复合材料并分析了配比及热处理气氛对纳米Fe/石墨复合材料吸波性能的影响，得到了比较理想的吸波性能。崔晓冬等人设计了硫化锑作为匹配层填料，炭粉作为吸波层填料的双层吸波材料。研究表明匹配层自身几乎无吸波作用，但是与吸波层叠加后可极大提高吸波材料的吸波性能，反射损耗小于-10dB的带宽为7.2GHz。北京航天航空大学的朱立群等人，提出了宽频吸波材料的分块结构、立体结构和多孔结构，对多层吸波材料、几种宽频吸波结构和薄型多层吸波材料与结构进行了理论分析和讨论，为雷达吸波材料结构的研究和设计提出一些有益建议，对薄型多层吸波材料结构的设计有一定的指导作用和意义。因此，研究和开发多层的具有优越吸波性能的吸波材料将成为吸波领域的一大突破。
近几年来，在国家的大力支持下，国内高校和研究机构对微波吸收材料的吸波机理、制备方法、性能测试、优化设计等方面展开了大量深入研究，这些进展构成了现代微波吸收材料的整体概貌。随着吸波材料和雷达隐身技术的不断发展，复合型吸波材料势必带来更大的科研价值和实用价值。
4、总结
本论文系统地开展了石墨烯泡沫/二氧化钛(TiO2)复合纯介电吸波材料的可控制备以及微波吸收机理方面的研究。通过构建石墨烯泡沫/二氧化钛(TiO2)复合纯介电吸波材料体系，使厚度均一的单层介电吸波材料在(2~18GHz)雷达波频率范围内获得较频段吸收(RLlt;-10dB)。为实现复合材料整体介电常数的定向调控，首要的是通过调整材料组元配比以满足材料介电损耗角正切值的理论最强吸收范围；其次通过石墨烯泡沫空间网络结构，进一步增加电磁空间多重散射损耗，提高多重吸收发生概率；再次3D网络孔隙中嵌入生长损耗介质TiO2，增强了界面极化效应，提高复合材料介电迟豫损耗能力，最终可大幅度提高石墨烯介电材料体系的综合吸波性能。具体地通过氧化剥离法制备氧化石墨烯，通过还原反应结合冷冻干燥法获得石墨烯泡沫模板，再利用水热反应在石墨烯泡沫模板上生长TiO2纳米粒子，最终获得具有空间导电网络结构和多界面共存的介电复合吸波材料。细节上，可通过改变具体实验参数，调整反应产物比例，控制复合产物的形态，以达到精确调控材料整体的复介电常数(εr=ε′-jεPrime;)的目的，
本文研究了石墨烯/TiO2复合吸波材料的制备方法，大大改善了其电磁波吸收性能，为质轻高效吸波材料的研究提供了参考。
