專利名稱：一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料及其制備方法，屬于新型光電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)與電子エ業(yè)的迅猛發(fā)展，各種電子設(shè)備的應(yīng)用日益增多。電視、電冰箱、電腦及手機(jī)等電子產(chǎn)品的普及給現(xiàn)代人的生活帶來(lái)諸多便利的同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)不容忽視的問(wèn)題——電磁輻射。電磁輻射源幾乎潛伏在我們身邊的每ー個(gè)角落，室內(nèi)的各種家用電器和室外的高壓線、變電站、電臺(tái)、電視臺(tái)、電磁波發(fā)射塔以及雷達(dá)站等，它們工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同頻率的電磁波，這些電磁波無(wú)形、無(wú)色、無(wú)味地潛伏在人們身邊，長(zhǎng)期處于電磁輻 射的環(huán)境中會(huì)嚴(yán)重地?fù)p害我們的身體健康。吸波材料將照射到其表面的電磁波吸收，轉(zhuǎn)化為熱能等其它形式的能量，因此可以將吸波材料覆在電器設(shè)備的表面來(lái)消除電磁輻射對(duì)人體的危害。除了給人體健康帶來(lái)危害之外，電磁輻射還會(huì)影響各種電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁干擾導(dǎo)致電子電器設(shè)備發(fā)生故障會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，可以將吸波材料用于消除電子電器之間的電磁干擾。另外，吸波材料還可以用于軍事領(lǐng)域，保護(hù)武器系統(tǒng)和飛機(jī)等躲避雷達(dá)的追擊，達(dá)到電磁波隱身的效果。吸波材料基于以上在民生、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防三方面的重要作用，引起了世界各國(guó)學(xué)者的高度重視。作為吸波材料需要滿足兩個(gè)條件，首先，吸波材料在吸波頻段內(nèi)要有盡可能小或者幾乎為0的表面反射率。其次，吸波材料能夠全部吸收入射到其內(nèi)部的電磁波能量。條件一使吸波材料有幾乎為0的表面反射率，這樣可以使入射到其表面的電磁波都進(jìn)入到吸波材料內(nèi)部。當(dāng)材料表面的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率完全相等時(shí)，其與自由空間達(dá)到阻抗匹配，才會(huì)使得表面反射率為0，傳統(tǒng)的吸波材料無(wú)法精確調(diào)控表面的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，因此無(wú)法與自由空間達(dá)到完美的阻抗匹配，導(dǎo)致表面反射率不為0，而本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小、形狀、介電常數(shù)、金屬膜的電導(dǎo)率、高介電顆粒與金屬膜的距離以及它們之間的介質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)吸波材料表面的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，使得其與自由空間達(dá)到接近完美的阻抗匹配，最終得到表面反射率接近O。條件ニ使進(jìn)入到吸波材料內(nèi)部的電磁波能量通過(guò)電損耗和磁損耗等損耗形式被全部吸收掉，并將其轉(zhuǎn)化為熱能等其它形式的能量。其中表面反射率為R，反射參數(shù)為sn，R = S11I20透射率為T，透射參數(shù)為S21，T = S21I20吸收率為 A，A =1-R-T0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料及其制備方法。將高介電顆粒與金屬片復(fù)合而成吸波材料，可以通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小、形狀、介電常數(shù)、金屬片的電導(dǎo)率、高介電顆粒與金屬片的距離以及它們之間的介質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)吸波材料表面的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，使得其與自由空間達(dá)到完美的阻抗匹配，得到表面反射率為0，金屬片的存在使得電磁波透過(guò)率為0，電磁能量在吸波材料內(nèi)部通過(guò)介電損耗和諧振損耗等被完全消耗棹。本發(fā)明可以通過(guò)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出任意頻率處吸收率接近于100%的吸波材料。一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料，該材料由金屬片和多個(gè)高介電陶瓷顆粒組成，其中多個(gè)高介電陶瓷顆粒通過(guò)鑲嵌或粘連固定在金屬片上，排列成高介電陶瓷顆粒陣列，其中任意兩個(gè)相鄰高介電陶瓷顆粒的間距相等。所述金屬片為銅片、鋁片、銀片或金片。所述高介電陶瓷為TiO2陶瓷、CaTiO3陶瓷、BaxSr1-JiO3 (x=0 l)陶瓷或BaxSr1^TiO3 (x=0 I)和 MgO 復(fù)合陶瓷。所述高介電陶瓷顆粒的形狀為球形、橢球形、椎體、圓柱體、長(zhǎng)方體或立方體。所述高介電陶瓷顆粒的尺寸為nm級(jí)、ii m級(jí)或mm級(jí)。
一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料的制備方法，其具體步驟如下(I)利用高溫固相反應(yīng)法或化學(xué)合成的方法制備出高介電陶瓷并將其加工成顆粒狀。(2)將高介電陶瓷顆粒通過(guò)鑲嵌或粘連固定到金屬片上，排列成高介電陶瓷顆粒陣列，形成高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料。所述金屬片為銅片、鋁片、銀片或金片。所述高介電陶瓷為TiO2陶瓷、CaTiO3陶瓷、BaxSr1-JiO3 (X=(Tl)陶瓷或BaxSr1^TiO3 (x=0 I)和 MgO 復(fù)合陶瓷。所述高介電陶瓷顆粒的形狀為球形、橢球形、椎體、圓柱體、長(zhǎng)方體或立方體。所述高介電陶瓷顆粒的尺寸為nm級(jí)、iim級(jí)或mm級(jí)。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明可以在一定電磁波頻率處可達(dá)到接近100%的完美吸波，通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小和介電常數(shù)等參數(shù)可以調(diào)控完美吸收峰的位置。


圖1為本發(fā)明復(fù)合吸波材料示意圖；圖2為Baa5Sra5TiO3和MgO復(fù)合陶瓷立方塊與銅膜復(fù)合而成的吸波材料在頻率8GHf 13 GHz范圍內(nèi)的反射參數(shù)S11曲線；圖3為不同邊長(zhǎng)的Baci 5Srtl 5TiO3陶瓷立方塊與銅膜復(fù)合而成的吸波材料在頻率5GHf 8 GHz范圍內(nèi)的反射參數(shù)S11曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料及其制備方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說(shuō)明。實(shí)施例1利用高溫固相反應(yīng)法合成Baa5Sra5TiO3粉體，摻入氧化鎂，利用陶瓷漿料流延技術(shù)，得到一定厚度的流延片，通過(guò)排膠和燒結(jié)得到致密的陶瓷片，將陶瓷片切割成邊長(zhǎng)a為2 mm的立方塊，將立方塊周期性粘著在銅箔上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。黒色立方塊代表Baa5Sra5TiO3和MgO復(fù)合陶瓷顆粒，白色金屬片代表銅箔。圖2為Baa5Sra5TiO3和MgO復(fù)合陶瓷立方塊與銅膜復(fù)合而成的吸波材料在頻率8 GHf 13 GHz范圍內(nèi)的反射參數(shù)S11曲線(由于銅膜的存在，透射參數(shù)S21=O),從圖中可以看出該復(fù)合材料在f = 9.97 GHz有接近于100%的吸收峰。這是由于立方塊顆粒的磁諧振和銅箔的電諧振使得復(fù)合材料的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率在f = 9.97 GHz處相等，最終導(dǎo)致該頻率處的完美吸收峰。實(shí)施例2利用高溫固相反應(yīng)法合成Baa5Sra5TiO3粉體，利用陶瓷漿料流延技術(shù)，得到一定厚度的流延片，通過(guò)排膠和燒結(jié)得到致密的陶瓷片，將陶瓷片切割成邊長(zhǎng)a為0.96 mm的立方塊，將立方塊周期性粘著在銅箔上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，Ba0 5Sr0 5TiO3立方塊與銅膜復(fù)合而成的吸波材料在頻率5 GHzGHz范 圍內(nèi)的反射參數(shù)S11曲線(由于銅膜的存在，透射參數(shù)S21=O)見(jiàn)圖3，從圖中可以看出該復(fù)合材料在f = 7. 29 GHz有接近于100%的吸收峰。實(shí)施例3利用高溫固相反應(yīng)法合成Baa5Sra5TiO3粉體，利用陶瓷漿料流延技術(shù)，得到一定厚度的流延片，通過(guò)排膠和燒結(jié)得到致密的陶瓷片，將陶瓷片切割成邊長(zhǎng)a為1.02 mm的立方塊，將立方塊周期性粘著在銅箔上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，Ba0 5Sr0 5TiO3立方塊與銅膜復(fù)合而成的吸波材料在頻率5 GHzGHz范圍內(nèi)的反射參數(shù)S11曲線(由于銅膜的存在，透射參數(shù)S21=O)見(jiàn)圖3，從圖中可以看出該復(fù)合材料在f = 6. 88 GHz有接近于100%的吸收峰。
權(quán)利要求
1.一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料，其特征在于該材料由金屬片和多個(gè)高介電陶瓷顆粒組成，其中多個(gè)高介電陶瓷顆粒通過(guò)鑲嵌或粘連固定在金屬片上，排列成高介電陶瓷顆粒陣列，其中任意兩個(gè)相鄰高介電陶瓷顆粒的間距相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合吸波材料，其特征在于所述金屬片為銅片、鋁片、銀片或金片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合吸波材料，其特征在于所述高介電陶瓷為TiO2陶瓷、 CaTiO3 陶瓷、BaxSr1-JiO3 (χ=0 1)陶瓷或 BaxSr1-JiO3 (χ=0 1)和 MgO 復(fù)合陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合吸波材料，其特征在于所述高介電陶瓷顆粒的形狀為球形、橢球形、椎體、圓柱體、長(zhǎng)方體或立方體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合吸波材料，其特征在于所述高介電陶瓷顆粒的尺寸為 nm級(jí)、μ m級(jí)或mm級(jí)。
6.一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下(1)利用高溫固相反應(yīng)法或化學(xué)合成的方法制備出高介電陶瓷并將其加工成顆粒狀。(2)將高介電陶瓷顆粒通過(guò)鑲嵌或粘連固定到金屬片上，排列成高介電陶瓷顆粒陣列， 形成高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述金屬片為銅片、鋁片、銀片或金片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述高介電陶瓷為TiO2陶瓷、CaTiO3陶瓷、BaxSivxTiO3 (x=0 I)陶瓷或 BaxSivxTiO3 (x=0 I)和 MgO 復(fù)合陶瓷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述高介電陶瓷顆粒的形狀為球形、橢球形、椎體、圓柱體、長(zhǎng)方體或立方體。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述高介電陶瓷顆粒的尺寸為nm級(jí)、 μ m級(jí)或mm級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明特別涉及一種高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料及其制備方法，屬于新型光電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由金屬片和多個(gè)高介電陶瓷顆粒組成，其中多個(gè)高介電陶瓷顆粒通過(guò)鑲嵌或粘連固定在正方形金屬片上，排列成高介電陶瓷顆粒陣列，其中任意兩個(gè)相鄰高介電陶瓷顆粒的間距相等。本發(fā)明通過(guò)高溫固相反應(yīng)法或化學(xué)合成的方法制備出高介電陶瓷并將其加工成顆粒狀；然后將高介電陶瓷顆粒通過(guò)鑲嵌或粘連固定到正方形金屬片上，排列成高介電陶瓷顆粒陣列，形成高介電陶瓷顆粒與金屬片復(fù)合吸波材料。本發(fā)明可以在一定電磁波頻率處可達(dá)到接近100%的完美吸波，通過(guò)調(diào)節(jié)高介電顆粒的大小和介電常數(shù)等參數(shù)可以調(diào)控完美吸收峰的位置。
文檔編號(hào)C09K3/00GK103013440SQ201210548590
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者周濟(jì), 劉曉明, 趙乾, 蘭楚文, 李勃, 李龍土 申請(qǐng)人:清華大學(xué)