纳米吸波材料 知识科普 | 纳米碳纤维用于吸波材料

一、吸波材料概述

隐身技术是一种现代军事技术，通过控制和降低军事目标的可探测信号特征，使其难以被发现、识别、跟踪和打击。根据使用的探测波，隐身技术可分为可见光隐身技术、雷达隐身技术、红外隐身技术和激光隐身技术。雷达作为探测军事目标最可靠的手段，在60%以上的情况下被使用。因此，隐身技术的研究是以雷达隐身技术为基础，以多功能、高性能隐身为重点。

雷达隐身技术的关键是尽量减小目标的雷达截面积。其主要手段是外形隐身和材料隐身。材料隐身是指在飞机上使用大量的吸波材料。电磁波吸收材料是指一类能够吸收和衰减入射电磁波，并将电磁能转化为热能进行耗散或使电磁波因吸收体的介电振荡、涡流和磁致伸缩效应的干扰而消失的功能材料。

根据标准不同，吸波材料的分类也不同。根据吸波材料的成型工艺和承载能力的不同，可分为涂层吸波材料和结构吸波材料；根据吸收原理的不同，可分为吸收型和干涉型。

第二，碳纳米纤维被用作吸收材料

随着隐身技术对吸波材料要求的提高，新型吸波材料的研究和开发成为吸波材料的热点。随着新一代隐身武器装备的发展，对吸波材料的厚度、密度、频带和性能提出了越来越高的要求。传统的吸附剂已经不能满足这种需求，所以必须寻找新的吸附剂。

就吸波材料的发展而言，纤维吸波材料具有独特的形状各向异性和力学性能，是一种极具发展前景的吸波材料。目前常用的吸收剂有碳纤维、碳化硅纤维和磁性金属纤维，其中碳纤维不仅可以用作结构吸波材料，其短纤维也可以用作包覆吸波材料的吸收剂，与碳化硅纤维相比，碳纤维具有密度低的优点，因此应用广泛。

纳米碳纤维VGCF是指气相生长的50 ~ 200纳米碳纤维。它不仅具有气相生长的普通碳纤维的低密度、高比模量、高比强度和高导电性的特点，而且具有缺陷少、比表面积大、导电性好、结构致密的优点，因此它不仅是一种电损耗材料，也是一种磁损耗材料，可以制备成涂层结构材料或高性能结构吸波材料，同时也是一种比较好的材料

图1碳纳米纤维的微观部分

图2碳纳米纤维的扫描电镜照片(图片来自互联网)

第三，螺旋碳纳米纤维被用作吸收材料

螺旋VGCF是以乙炔、乙烯、甲烷、丙烯和苯为碳源，过渡金属元素粉末如镍、钨、钛、铁、钴和钼、极板及其化合物为催化剂制备的。不同的工艺参数下，螺旋纳米碳纤维具有不同的形貌。

螺旋碳纳米纤维是一种典型的手性材料。手性是指物体与其镜像之间没有几何对称性，不可能通过任何操作使物体与镜像重合。手性结构的手性材料最大的特点是电磁场的交叉极化，也就是说交变电场不仅能引起材料的极化，还能引起材料的磁化。手性材料是一种新型的电磁功能材料，它是通过将随机取向的手性体均匀混合到某种基底材料中而合成的。与普通电磁材料相比，手性材料的一个重要性质是可以引起电场和磁场的交叉极化，可以作为吸收材料。

另外，由于螺旋碳纳米纤维的微观结构不同于以石墨晶体为主的碳纳米管，其晶粒尺寸具有一定的分布范围，对应电磁波有较宽的共振匹配频率，产生宽带效应；比表面积大，表面原子活性高，容易将电磁波的能量吸收到激发态，然后跃迁以其他方式释放能量；特别是螺旋碳纳米纤维的手性螺旋扭曲的特点是表面原子更容易被激发，因此螺旋碳纳米纤维的吸波性能高于碳纳米管和普通纤维。基于以上条件，螺旋碳纳米纤维是一种优良的吸波材料。

总之，螺旋纳米碳纤维作为一种新型手性吸波材料，已经显示出一定的优势，以螺旋纳米碳纤维作为吸波材料是实现雷达隐身技术目标的主要任务。