胡小賽，沈勇，王黎明，俞菁，邢亞均

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201620)

在軍事防空領(lǐng)域，新型雷達(dá)、先進(jìn)探測器及新型導(dǎo)彈的相繼問世促使“發(fā)現(xiàn)即毀滅”成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭重要特點(diǎn)。為了提高武器系統(tǒng)生存和突防能力，降低被敵方發(fā)現(xiàn)、識別和攻擊的機(jī)率，現(xiàn)代軍事隱身技術(shù)受到世界大國高度重視［1］。雷達(dá)是目前最主要的遠(yuǎn)程探測設(shè)備，因而雷達(dá)隱身技術(shù)成為各國研究的焦點(diǎn)。為達(dá)到對雷達(dá)隱身的目的，最關(guān)鍵的是降低目標(biāo)相對雷達(dá)的散射截面，盡可能損耗回波信號減小被探測到的機(jī)會，主要采用外形設(shè)計和涂覆吸波材料來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)隱身。目前，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對雷達(dá)隱身的技術(shù)途徑有兩條:一是通過外形設(shè)計降低雷達(dá)的相對散射截面積;二是用吸波材料衰減入射雷達(dá)波［2］。其中外形設(shè)計的諸多局限性，促使吸波材料的發(fā)展和應(yīng)用成為隱身技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。除了在軍事隱身領(lǐng)域，吸波材料也是微波暗室、電磁信息泄漏防護(hù)、電磁輻射防護(hù)、建筑吸波材料等國防軍工與民用技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料。

微波吸收材料是指能有效地吸收投射到它表面的電磁波并能經(jīng)材料的介質(zhì)損耗將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量而消耗，從而使雷達(dá)回波強(qiáng)度顯著減弱的一類電磁功能材料。它的設(shè)計是以電磁波在介質(zhì)中的傳播理論為基礎(chǔ)，且必須符合材料吸收電磁波的兩個基本條件:①投射到材料表面的電磁波能最大限度地進(jìn)入材料內(nèi)部，減少電磁波的直接反射，即材料能達(dá)到阻抗匹配。匹配特性可以通過設(shè)計邊界條件來實(shí)現(xiàn)，如在吸波材料的表面涂敷電導(dǎo)、磁導(dǎo)與空氣電導(dǎo)、磁導(dǎo)接近的介質(zhì)，盡可能的減小電磁波在材料表面的反射系數(shù);②進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波能迅速最大限度地衰減掉，即衰減匹配，這一特性要求材料具有良好的電磁損耗性能［3］。本文綜述了近年來國內(nèi)外吸波材料的研究新進(jìn)展，并指出其今后主要的發(fā)展方向和趨勢。

1 吸波材料的研究現(xiàn)狀

1.1 碳系吸波材料

碳系吸波材料主要包括碳納米管、石墨烯等，具有原料來源廣泛、制備工藝簡單、電導(dǎo)率高、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

碳納米管的吸波性能優(yōu)良，同時兼具質(zhì)量輕、兼容性好、吸波頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的碳納米管吸波性能有所不同，研究表明，石墨化的碳納米管導(dǎo)電性比有缺陷的碳納米管差，因缺陷可當(dāng)作電子通道有利于電子的移動，多壁碳納米管吸波能力較好。Cheng 等［4］用等離子對碳納米管進(jìn)行前處理然后在其表面原位聚合生成聚苯胺復(fù)合體，研究了其導(dǎo)電性能和吸波性能。SEM 圖片顯示純碳納米管直徑為20 ～40 nm，表面光滑且交織團(tuán)聚;聚苯胺包覆的碳納米管表面粗糙且交織現(xiàn)象變?nèi)酰f明采用聚苯胺包覆碳納米管能很好的解決碳納米管分散不勻易交織問題，良好的分散性是提高材料吸波性能的有效途徑。其中采用等離子前處理過的復(fù)合材料的直徑達(dá)150 nm，而未經(jīng)前處理的復(fù)合材料的直徑小至80 nm，表明等離子前處理有利于聚苯胺在碳納米管表面原位聚合，使復(fù)合材料兼具良好的磁性能和電性能。FTIR 圖譜顯示與純聚苯胺及未經(jīng)前處理的復(fù)合材料相比，經(jīng)前處理的復(fù)合材料的特征光譜有些許移動且吸收強(qiáng)度變強(qiáng)，碳納米管和聚苯胺的相互作用增強(qiáng)了電子離域，有利于復(fù)合材料提高導(dǎo)電性能，經(jīng)測試前處理的復(fù)合材料的導(dǎo)電率可達(dá)4.542 S/cm，未經(jīng)前處理的復(fù)合材料的導(dǎo)電率僅有0.443 S/cm。前處理的復(fù)合材料的反射損耗小于－20 dB 的帶寬達(dá)6 GHz，最大吸收損耗為14.24 GHz的－34.3 dB?？梢?，改變碳納米管的處理工藝，可以增強(qiáng)和改善碳納米管類吸波材料的吸波性能，有力地說明了碳納米管吸波材料吸波頻帶寬的特性。但是，碳納米管的磁導(dǎo)率相對較小不易分散等問題，仍是將來碳納米管復(fù)合材料研究應(yīng)用的難點(diǎn)。

石墨烯具有介電損耗高和低密度等優(yōu)點(diǎn)，在微波吸收方面具有良好的研究應(yīng)用前景。但高的介電損耗很難獲得良好的電磁參數(shù)，導(dǎo)致石墨烯的阻抗匹配性能較差，采用其他材料修飾石墨烯改變介電常數(shù)能明顯改善材料的吸波性能。Zhu 等［5］使用鎳修飾石墨烯，當(dāng)鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%時而涂層厚度是2.5 mm 時，吸收損耗優(yōu)于－10 dB 的頻帶在11.3～17. 5 GHz，最 大 吸 收 損 耗 是14. 1 GHz 的－21.6 dB。這說明在石墨烯表面修飾導(dǎo)電顆粒，可以明顯改善材料的電磁波吸收性能。Wang 等［6］用NH4HCO3改性石墨烯制得N-石墨烯，然后利用原位聚合法制得N-石墨烯@聚苯胺核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，接著利用共沉淀法制得N-石墨烯@ 聚苯胺/Fe3O4復(fù)合材料。當(dāng)N-石墨烯@聚苯胺涂層厚度是3 mm 時，最大吸收損耗值是－24.6 dB，吸收損耗小于－10 dB 的帶寬為1.2 GHz(6.5 ～7.7 GHz);當(dāng)N-石墨烯@ 聚苯胺/Fe3O4涂層厚度是2.7 mm 時，最大吸收損耗值是14.8 GHz 的－40.8 dB，吸收損耗小 于－ 10 dB 的 帶 寬 達(dá)5. 1 GHz (10. 4 ～15.5 GHz)。Pallab 等［7］制備了石墨烯/鈦@碳納米管/Fe3O4和石墨烯/鈦@碳納米管/Fe3O4/聚苯胺兩種復(fù)合材料，并研究了其導(dǎo)電性能和吸波性能。首先通過溶膠-凝膠法制備了鈦包覆碳納米管(鈦@碳納米管)，接著將其加入分散好的改性石墨烯分散液中超聲分散一段時間，然后將硫酸亞鐵和硝酸鐵加入上述溶液，制得石墨烯/鈦@碳納米管/Fe3O4;緊接著將前者加入苯胺溶液超聲分散，通過原位聚合法制得石墨烯/鈦@ 碳納米管/Fe3O4/聚苯胺。XRD、X 射線光電子能譜、紅外光譜、紫外光譜、拉曼光譜、透射電鏡和掃描電鏡證明確實(shí)生成了這兩種產(chǎn)物，且兩種產(chǎn)物的結(jié)晶度、形貌和性質(zhì)均比較理想。電性能測試顯示，石墨烯/鈦@碳納米管/Fe3O4和石墨烯/鈦@碳納米管/Fe3O4/聚苯胺的電導(dǎo)率分別為4.87 ×10－4S/cm 和2.86 ×10－3S/cm，顯然聚苯胺修飾使得石墨烯的導(dǎo)電性能得以改善;二者的磁飽和強(qiáng)度值分別為4.06 emu/g 和2.6 emu/g，后者的值比前者低是因?yàn)榫郾桨凡痪哂写判浴⒍叻謩e與聚氨酯混合制得涂層材料，當(dāng)石墨烯/鈦@碳納米管/Fe3O4的涂層厚度為2.5 mm時，在9.96 GHz出現(xiàn)最大吸收損耗－ 51. 87 dB，吸收損耗小于－10 dB的帶寬達(dá)4.1 GHz(8.2 ～12.3 GHz);當(dāng)石墨烯/鈦@ 碳納米管/Fe3O4/聚苯胺的涂層厚度為3 mm 時，在 9. 88 GHz 出 現(xiàn) 最 大 吸 收 損 耗－63.57 dB，吸 收 損 耗 小 于－ 10 dB 的 帶 寬 達(dá)4.2 GHz(8.2 ～12.4 GHz)。

近年有關(guān)石墨烯基吸波材料的研究越來越多，與碳納米管相比，它顯示出更強(qiáng)的微波衰減性能。近期研究表明，還原石墨烯氧化物中大量殘余的能帶缺陷和基團(tuán)分別能引發(fā)缺陷的極化弛豫和基團(tuán)的電子偶極弛豫，使其轉(zhuǎn)到費(fèi)米能級狀態(tài)，有利于石墨烯材料散射和吸收衰減電磁波，拓展了石墨烯在吸波材料方面的應(yīng)用。

1.2 導(dǎo)電聚合物吸波材料

導(dǎo)電高聚物是指具有π 電子共扼鏈的高聚物經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)摻雜，摻雜后的共扼鏈上的激發(fā)子躍遷運(yùn)動可傳遞電荷，使其導(dǎo)電性可在絕緣體、半導(dǎo)體和金屬體之間調(diào)節(jié)的一類高聚物總稱，因此也稱其“有機(jī)金屬”。導(dǎo)電高聚物具有結(jié)構(gòu)多樣化、加工性能好、電磁參數(shù)可控等物理化學(xué)特性，經(jīng)過多年研究，導(dǎo)電高聚物在技術(shù)應(yīng)用探索和實(shí)用化等方面都取得了長足的進(jìn)步。

導(dǎo)電聚苯胺因具有熱穩(wěn)定性、易摻雜及導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前景的導(dǎo)電高分子。但是傳統(tǒng)的聚苯胺并不帶有磁性，通過改變聚苯胺的形貌，可賦予聚苯胺磁性能，加上聚苯胺本身優(yōu)良的導(dǎo)電性能，極大促進(jìn)了聚苯胺在微波吸收方面的發(fā)展。Li 等［8］利用原位聚合法制備了3 種不同形貌的聚苯胺，并詳細(xì)比較了3 種不同形貌聚苯胺的吸波性能，分別是未加助劑的用樟腦磺酸摻雜的聚苯胺(M-PANI-1)、添加助劑N-苯基-1，4-苯二胺用樟腦磺酸摻雜的聚苯胺(M-PANI-2)和用鹽酸摻雜的聚苯胺(T-PANI)。FE-SEM 圖顯示3 種聚苯胺的形貌明顯不同且不規(guī)整程度由大到小依次是T-PANI、MPANI-1、M-PANI-2，T-PANI 的形貌多呈簇狀結(jié)構(gòu)，M-PANI-2 的形貌多呈纖維狀結(jié)構(gòu)。在FTIR 圖譜中看到除了出現(xiàn)樟腦磺酸 S O、C—S、S—O 基團(tuán)的不對稱伸縮振動峰以外，三種基團(tuán)對應(yīng)的特征吸收峰分別在1 035，708，598 cm－1，三種聚苯胺的紅外特征吸收峰幾乎相同，表明三者的分子鏈結(jié)構(gòu)相似。XRD 顯示所有聚苯胺的特征峰都可以在M-PANI 觀察到，峰強(qiáng)度從大到小依次為M-PANI-2、M-PANI-1、T-PANI 的特征峰，說明通過摻雜樟腦磺酸可以提高聚苯胺的結(jié)晶度，且使用助劑N-苯基-1，4-苯二胺可進(jìn)一步提高聚苯胺的結(jié)晶度，益于電子在大分子鏈間傳輸，這對提高材料的吸波性能是很有必要的。M-PANI-2、M-PANI-1、T-PANI 的磁飽和強(qiáng)度分別為0.004 7，0.003 1，0.000 15 emu/g，這是因?yàn)檎聊X磺酸和N-苯基-1，4-苯二胺可賦予聚苯胺特殊的螺旋結(jié)構(gòu)從而使聚苯胺具有磁性。將3 種聚苯胺與石蠟復(fù)合制備厚度為0.9 mm 的涂層，M-PANI-2、M-PANI-1 吸收損耗在26.5 ～40 GHz 優(yōu)于－10 dB 的帶寬分別為10 GHz 和5 GHz，最大吸收損耗分別為－34.4 dB和－33.8 dB;而T-PANI 最大吸收損耗僅為－7.5 dB。說明通過改變聚苯胺的形貌可以賦予聚苯胺磁性能，加之聚苯胺良好的導(dǎo)電性能，使其在輕質(zhì)寬頻吸波材料方面有良好的應(yīng)用前景。

Fan 等［9］利用原位聚合法制備羰基鐵粉/聚苯胺核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合吸波材料，當(dāng)羰基鐵粉/苯胺的摩爾比是0.2∶1 時而涂層厚度1.4 mm 時，吸收損耗＜－10 dB 的帶寬在10.9 ～16.7 GHz，最大吸收損耗為13.8 GHz 的－52.1 dB;Wang 等［10］制備了鎳鋅鐵氧體/聚苯胺復(fù)合體，當(dāng)鐵氧體/苯胺摩爾比1∶2 涂層厚度2.6 mm 時，最大吸收損耗為12.8 GHz的－41 dB，吸收損耗＜－10 dB 的帶寬在5 GHz;Tang 等［11］進(jìn)一步研究了三元復(fù)合材料的吸波性能，制備了聚苯胺/聚乙烯吡咯烷酮/羰基鐵粉復(fù)合材料，當(dāng)涂層厚度1.1 mm 時，吸收損耗＜－10 dB的帶寬達(dá)12.2 GHz(27.3 ～39.5 GHz);當(dāng)涂層厚度1.2 mm 時，在29. 4 GHz 出現(xiàn)最大吸收損耗為－15.28 dB?？梢妼⒕郾桨放c其他磁性材料復(fù)合，不僅能展寬吸收頻帶還可顯著增強(qiáng)吸收效果，有望發(fā)展成具有寬頻、強(qiáng)吸收、可設(shè)計特殊頻段的優(yōu)良吸波材料。但是，目前摻雜型導(dǎo)電高分子吸波材料仍存在摻雜劑不穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)均勻性較差、有效吸波頻帶較窄等問題，是未來此類材料研究方向的熱點(diǎn)。

根據(jù)導(dǎo)電高聚物的主要特性及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀可以看出它具有非常好的發(fā)展前景，主要包括以下幾個方面［12］:①利用導(dǎo)電性、顏色等特性的可控性，發(fā)展智能型隱身材料;②利用性能多樣性，發(fā)展兼顧微波、紅外、可見光波段的多頻段隱身材料;③利用易加工、成纖維性，與碳纖維等混編，發(fā)展多功能隱身材料;④向“薄、輕、寬”型隱身材料方向發(fā)展。主要通過合成具有電磁雙損耗特性的導(dǎo)電高聚物/金屬超微粒子復(fù)合體提高導(dǎo)電高聚物的磁導(dǎo)率來實(shí)現(xiàn)。

1.3 手性吸波材料

手性材料是指與其鏡像不存在幾何對稱性，且不能通過任何方法使其與鏡像相重合的材料，是一種具有螺旋結(jié)構(gòu)的各向同性的新型電磁波吸波材料。特點(diǎn)是在電磁場的作用下，手性材料會引起電場磁場的交叉極化，從而使其能夠減少入射電磁波的反射并能吸收電磁波。手性材料具有特殊的手性參數(shù)，易實(shí)現(xiàn)阻抗匹配以達(dá)到無反射的目的;且其頻率敏感性小于介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，易達(dá)到寬頻吸收?，F(xiàn)在研究最多的手性材料是螺旋炭纖維、手性導(dǎo)電聚合物。

手性聚苯胺是研究較多的一類手性導(dǎo)電高分子材料，通常是在手性誘導(dǎo)劑的手性誘導(dǎo)下聚合，因氫鍵和靜電力存在使得聚苯胺主鏈發(fā)生重排，優(yōu)先選擇單一螺旋構(gòu)型進(jìn)行生長，形成明顯單一螺旋構(gòu)型的聚苯胺。Xu［13］首先用偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)對鋇鐵氧體(BF)進(jìn)行羥基改性，然后通過原位聚合法制備鐵氧體/手性聚苯胺復(fù)合材料。FE-SEM 分析證明改性前六邊形的鋇鐵氧體極少被手性聚苯胺包覆，而改性后明顯形成核-殼結(jié)構(gòu)，最大反射損耗值從－30 dB 提高至－38.5 dB，有效帶寬由8 GHz 提高至10.45 GHz，說明核-殼結(jié)構(gòu)更有利于對電磁波的吸收。接著研究了樟腦磺酸用量對復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響，在樟腦磺酸用量較低時，隨著樟腦磺酸用量增加，PANI 的摻雜度增加，載流子增多且載流子鏈間的傳輸性也增強(qiáng)，使得復(fù)合材料的導(dǎo)電率逐漸增大;復(fù)合材料的電導(dǎo)率曲線顯示，純聚苯胺的電導(dǎo)率最高，復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨著摻雜鋇鐵氧體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而降低。當(dāng)鋇鐵氧體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，涂層厚度是0.9 mm 時，復(fù)合材料的最大反射損耗值達(dá)－30.5 dB，反射損耗值優(yōu)于－10 dB帶寬達(dá)12.8 GHz。與傳統(tǒng)的鐵氧體/聚苯胺復(fù)合吸波材料相比，鐵氧體/手性聚苯胺不僅極大拓寬了吸收頻帶寬，還顯著增強(qiáng)了材料的吸波效果，說明手性聚苯胺有重大的研究應(yīng)用價值。此外，Tang 等［14］還研究了外加恒定磁場對合成手性聚苯胺吸波性能的影響，SEM 顯示無論有無外加磁場，摻雜樟腦磺酸的手性聚苯胺外貌均呈纖維束狀，直徑在150 ～250 nm。不同之處是外加磁場使得纖維束單元能沿聚苯胺大分子鏈方向生長，所以纖維束長度較長，結(jié)晶和取向性均較高。開路電位(OCP)測試表明外加磁場使得聚苯胺的手性特征更加明顯，對其吸波性能有重要作用;導(dǎo)電率分析顯示適當(dāng)提高樟腦磺酸與苯胺的摩爾比，兩種手性聚苯胺的導(dǎo)電率均會增加，但磁場的存在使得聚苯胺的大分子鏈更長，表現(xiàn)出更好的導(dǎo)電性能。外加磁場的手性聚苯胺的反射損耗值優(yōu)于－ 10 dB 帶寬達(dá)6.1 GHz(28.9 ～35.0 GHz)，最大反射損耗值是在32.1 GHz 的－12.3 dB;而無外加磁場的手性聚苯胺的反射損耗值優(yōu)于－10 dB 帶寬僅有1. 3 GHz(31. 2 ～32. 5 GHz)，最 大 反 射 損 耗 值 也 僅 有－10.1 dB?？梢?，外加磁場對手性聚苯胺的吸波性能應(yīng)用有指導(dǎo)意義。雖然手性聚苯胺的合成較其他手性導(dǎo)電高聚物的合成簡單，但是由于聚苯胺難溶難熔的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中仍然受到了極大的限制。

螺旋炭纖維是一種新型的手性吸波材料，在制備過程中要綜合考慮手性參數(shù)和纖維結(jié)構(gòu)對吸波性能的影響。趙東林等［15］以乙炔、鎳板、三氯化磷為原料，通過化學(xué)氣相沉積法制備螺旋形手性碳纖維。SEM 照片顯示了不同生長階段螺旋形碳纖維的形貌，雙螺旋碳纖維由初期的相互交叉的兩個螺線圈變成最終兩個緊密纏繞在一起的雙線圈狀螺旋形碳纖維。研究表明線圈狀螺旋形手性碳纖維的螺旋半徑、螺距均較大，更接近于微波的波長，其介電損耗明顯大于麻花狀螺旋形手性碳纖維的介電損耗。將其用作吸收劑制備芳砜綸蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)吸波材料，當(dāng)復(fù)合材料的厚度是9.5 mm 時，反射率＜－10 dB的頻帶在3.76 ～18 GHz，頻寬達(dá)14.24 GHz;最大吸收峰在10.4 GHz，反射率為－21.62 dB。但純螺旋形手性碳纖維與樹脂的界面結(jié)合強(qiáng)度較弱，而在碳纖維等表面生成螺旋形手性碳纖維不僅能提高纖維與樹脂的界面結(jié)合強(qiáng)度，還能增強(qiáng)材料的吸波性能。Liu 等［16］首先將適量納米鎳顆粒包覆在碳纖維表面，然后采用化學(xué)氣相沉積法在碳纖維表面生成厚度均勻的碳螺旋纖維。XRD 顯示碳纖維表面出現(xiàn)鎳的弱衍射峰，證明確有部分鎳加載在碳纖維表面;FE-SEM 圖顯示鎳顆粒均勻分布在碳纖維表面，顆粒直徑在150 ～300 nm。FE-SEM 圖也顯示碳螺旋纖維均勻致密的包覆在碳纖維表面，大部分碳螺旋呈微米雙螺旋交織形貌，少部分呈納米單螺旋狀。按其與石蠟質(zhì)量比1∶9 制成涂層，微波吸收損耗測試表明，當(dāng)涂層厚度為2.5 mm 時，吸收損耗小于－10 dB的帶寬達(dá)5.8 GHz(10.9 ～16.7 GHz)。然而，以上研究并未能具體研究微米雙螺旋碳纖維與納米單螺旋碳纖維吸波性能優(yōu)劣。為此，Liu 等［17］利用鎳及鎳/氧化鋁催化分解乙炔在碳纖維表面形成微米雙螺旋碳纖維及納米單螺旋碳纖維，并用SEM 及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀表征了材料的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及吸波性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在碳纖維表面生成的兩種螺旋結(jié)構(gòu)均較為規(guī)整，不同之處在于微米雙螺旋的螺直徑較大，為4 ～6 nm、螺距近于0，納米單螺旋的螺直徑與螺距均近500 nm。因納米單螺旋碳纖維的螺半徑與螺距之比更接近0.23，所以其手性參數(shù)更大，并且電磁參數(shù)顯示納米單螺旋碳纖維的復(fù)介電常數(shù)小于微米雙螺旋碳纖維，因此納米單螺旋碳纖維吸波性能更優(yōu)。納米單螺旋碳纖維吸收損耗優(yōu)于－10 dB 的帶寬達(dá)9. 6 GHz，最大吸收損耗是－41.2 dB;微米雙螺旋碳纖維的吸收損耗優(yōu)于－10 dB 的 帶 寬 是4. 5 GHz，最 大 吸 收 損 耗 是10.2 GHz的－20.2 dB。

手性材料的研究尚處于起步階段，雖然理論上手性吸波材料具有明顯的優(yōu)勢，但目前沒有令人信服的實(shí)踐理論依據(jù)，其吸波機(jī)理及應(yīng)用還需大量的工作。

1.4 席夫堿類吸波材料

導(dǎo)電席夫堿是一類有機(jī)高分子導(dǎo)電吸波材料，是由含羰基( ＞C O )的醛類或酮類化合物與伯氨的氨基(—NH2)縮合生成的亞胺(R1CNR2)類衍生物，通過摻雜或制成鹽類可賦予其優(yōu)良的導(dǎo)電性能和吸波性能。自誕生以來，席夫堿以其特殊的光、電、磁性能吸引了國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行大量探索性研究。導(dǎo)電席夫堿屬于結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電吸波材料，主要包括視黃基席夫堿鹽及其配合物、聚合長鏈的席夫堿及其碘摻雜等。美國研制出由多種視黃基席夫堿鹽組成的化合物，雖其質(zhì)量僅為鐵氧體的1/10，對雷達(dá)波的損耗衰減卻達(dá)80%以上，通過調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)吸收全頻段的雷達(dá)波。

劉輝林［18］用對苯醌、聯(lián)苯胺、硝酸銀合成縮對苯醌聯(lián)苯胺席夫堿及縮對苯醌聯(lián)苯胺銀鹽，紫外-可見光譜分析顯示縮對苯醌聯(lián)苯胺銀鹽的紫外吸收峰較縮對苯醌聯(lián)苯胺席夫堿的紫外吸收峰出現(xiàn)紅移，縮對苯醌聯(lián)苯胺席夫堿的吸收峰在242 nm 處，其銀鹽的吸收峰在252 nm，原因是席夫堿主鏈中醌環(huán)( N Q N )的氮原子的孤對電子與金屬離子的空軌道形成配位鍵，使席夫堿的共扼效應(yīng)增強(qiáng)，鍵能趨于平均化，電子躍遷所需能量減少使得吸收光譜紅移?？s對苯醌聯(lián)苯胺席夫堿的電導(dǎo)率在10－8～10－9S/cm，用金屬離子摻雜成鹽后其導(dǎo)電率可提高達(dá)3 ～4 數(shù)量級。接著將縮對苯醌聯(lián)苯胺銀鹽與磁性材料進(jìn)行復(fù)合，當(dāng)二者質(zhì)量比是1∶1 時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率可達(dá)1 ～10 S/cm。當(dāng)二者質(zhì)量比是1∶3時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.01 ～0.15 S/cm，反射吸收損耗大于－8 dB 頻帶在8.72 ～14.56 GHz，最大吸收損耗為在10.56 GHz 的－12.9 dB。徐榮臻［19］用導(dǎo)電材料摻雜以乙二醛、(R，R)-1，2-丙二胺、氯化鐵合成的縮(R，R)-1，2-丙二胺乙二醛席夫堿鐵鹽并與磁性材料制備復(fù)合材料，掃描電鏡顯示席夫堿鐵鹽原位復(fù)合導(dǎo)電材料后能形成新的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電材料在整個材料中起到了很好的串聯(lián)作用，增加了復(fù)合材料的穩(wěn)定性能。與磁性材料復(fù)合以后，復(fù)合材料趨向規(guī)整，使得由導(dǎo)電材料所串聯(lián)起來的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，各組分的協(xié)同效應(yīng)使得材料的性能更加穩(wěn)定。導(dǎo)電性能測試顯示導(dǎo)電材料摻雜后的席夫堿鐵鹽的電導(dǎo)率明顯高于未摻雜的席夫堿鐵鹽(2.31 ×10－5S/cm)的電導(dǎo)率，吸波性能測試顯示磁性材料吸收損耗達(dá)－ 8 dB 的頻段在8. 40 ～11.60 GHz，最 大 吸 收 損 耗 是 8. 8 GHz 的－16.30 dB;席夫堿鐵鹽/磁性材料復(fù)合材料吸收損耗達(dá)－8 dB 的頻段在8.95 ～13.00 GHz，最大吸收損耗是10.95 GHz 的－16.99 dB，可見與磁性材料復(fù)合后具有良好的吸波性能。

目前，導(dǎo)電席夫堿類吸波材料難制備、產(chǎn)物穩(wěn)定性差、吸波頻帶窄等問題限制了其實(shí)際應(yīng)用。通過改進(jìn)制備工藝與其他材料復(fù)合或?qū)⑹中蕴卣饕腴L鏈共軛席夫堿中是未來席夫堿類吸波材料的主要發(fā)展方向。

2 結(jié)束語

吸波材料的應(yīng)用研究在國內(nèi)外已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，目前正積極開展研究新型隱身機(jī)理和新材料，力圖將多種吸波材料進(jìn)行復(fù)合來調(diào)節(jié)電磁參數(shù)，增強(qiáng)損耗效果和拓寬吸收頻帶。導(dǎo)電聚合物、手性材料、席夫堿類等新型吸波材料及其多元復(fù)合吸波材料兼具吸收寬頻帶、高吸收、質(zhì)量輕、厚度薄等優(yōu)點(diǎn)，是未來吸波材料的重要發(fā)展方向。

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