科普 | 电磁功能复合材料（上）

电磁功能复合材料按应用领域和功能特性可以分为电磁屏蔽、电磁感应和超复合材料三大类。电磁屏蔽功能复合材料是指通过对复合材料的结构参数的设计，如层数、功能相体积分数等，对电磁波以大部分吸收或反射的形式实现屏蔽和电磁防护的效果，例如军事用雷达天线罩等。同样，利用含量较少功能相对外场灵敏的响应可以实现其复合材料在弱场下的强电磁感应特征，在工程结构健康监测上有重要应用价值。最近新提出的超复合材料的概念则是采用周期性排列功能相的办法在实现超材料的特性从而实现电磁隐身的效果的同时，保留复合材料的高结构特性。

电磁干扰对现代军民用设备和人体健康都有不利影响，基于屏蔽电磁干扰的课题具有重大的工程应用价值。最新研究开发出了一种新型的含有磁性微米丝的高分子复合材料，在埋入量仅为0.026 vol.%的条件下实现了对98.4%的电磁波的屏蔽效果，并发现比单一功能相的屏蔽防护效率高2-4个数量级。

电磁感应复合材料的研究主要集中在磁感应和应力感应两个方面。法国研究者利用在环氧树脂分散铁磁颗粒的办法实现外场对铁磁共振的控制。其缺点是颗粒均匀分散难度大。另有研究表明利用含有Co基微米丝的结构功能一体化复合材料，通过对微米丝尺寸、排布、埋入量等参数的调控，成功实现了基于结构健康监测的电磁感应特性。

有研究学者开发出了介电参数为负的超复合材料，缺点是工作频段窄和材料合成工艺复杂。另一种办法则利用均匀分散铁颗粒在Al2O3多孔陶瓷中，同时实现了材料的双负电磁特性。然而其工作频段仅有200MHz。采用结构功能一体化复合材料的思路，嵌入周期排列Fe基微米丝阵列到高分子复合材料中发现1-7GHz内得到了电磁双负性能（图1）。进一步研究发现，采用掺杂Co基微米丝可以改进其透波性能，并提出了此类电磁功能复合材料在雷达隐身上的应用价值。

图1 基于磁性微米丝复合材料示意图