南航姬广斌、南理工曾海波&南洋理工徐梽川Adv. Mater. ：低频雷达隐身器件取得重要进展

【引言】

随着低频雷达的快速发展，对武器装备的低频隐身提出了更为迫切的需求，由前期关注的C、X、Ku、Ka等波段逐渐过渡到低频如L、P波段的雷达隐身。目前，我国周边部署了多部低频预警雷达，如台湾的AN/FPS-115“铺路爪”远程预警雷达和E-2T、E-2T2000空中预警机、日本的E-2D预警机等，探测距离高达500 km，这些都对我国的远程导弹和作战飞机构成了重大威胁。另外，日常生活中家用电器和电力系统等产生的电磁辐射频段也基本处于0-3.5 GHz，研究表明0.5-3 GHz波段内的电磁辐射会对人造成生物性损伤，危害器官及神经系统、内分泌系统、免疫系统、造血系统等，另外，0.5-3 GHz波段内电磁干扰还会影响设备的正常工作或造成信息泄露。因此，研制高性能低频电磁波吸收材料对于国防及民用均具有重要意义。根据四分之一波长理论，低频雷达隐身材料的匹配厚度将远高于厘米和毫米波段，在X波段成熟的材料体系基本无法使用，目前国内外针对低频雷达隐身材料的研究进展缓慢，很多方面均属空白。

【成果简介】

当前，依靠材料组分设计及微观形貌优化可有效解决中高频电磁波吸收，但其在低频区间雷达吸收性能差，当厚度增大到10 mm时，少部分的电磁吸收剂在1-2 GHz尽管可达到-5 dB的吸收，但有效吸收宽度一般都小于0.3 GHz。最近，南京航空航天大学姬广斌教授课题组联合南京理工大学曾海波教授、新加坡南洋理工大学徐梽川教授在低频（1.5-2.0 GHz）雷达隐身器件方面取得重要进展，相关成果以“A Voltage-Boosting Strategy Enabling a Low-Frequency, Flexible Electromagnetic Wave Absorption Device”在线发表于Advanced Materials。该研究团队借助电磁计算，发现受制于材料本征介电属性，ε'值的提升必然会伴随ε''的增大。为解决此难题，该团队设计了一种具有三明治结构的柔性低频雷达隐身器件，内层选用高效电可调SnS/SnO₂@C作为吸收层，外层选用超薄碳膜作为电子传输通道。研究结果表明，在施加一定电压时，该柔性电子器件的介电实部和虚部随着电压的增大而增加，18 V时介电实部和虚部均可控制在理想区间，雷达反射损耗值在整个1.5-2.0 GHz均低于-5 dB。耐温测试表明该柔性电子器件在150^oC时，低频微波吸收仍能有效覆盖。

【图文导读】

图1.(a)SnS/SnO₂@C, SnS, SnO₂, SnS/SnO₂和无定形碳的介电参数；(b)不同TAA用量所得SnS/SnO₂@C吸收剂的介电参数及介电损耗；(c)SnS/SnO₂@C复合物的同步辐射图谱；(d)同步辐射和XRD所得SnS原子比

图2.(a-d)SnS/SnO₂@C柔性器件在不同弯曲角度的实物照片；(e)柔性器件导电性随SnS/SnO₂@C含量的变化曲线；(f-h)同轴线测试示意图；(i-j)不同偏压下柔性器件介电常数的变化曲线 (橙色，绿色，粉色和深黄色分别代表在500, 600, 700 和 800 °C下得到的样品)

图3. (a-b)弓形法实测柔性器件低频雷达反射损耗的照片；(c)弓形法测试低频雷达反射损耗的原理示意图；(d-e)柔性器件厚度的实测照片；(f) 弓形法和同轴线法所得1.5-2.0 GHz的雷达反射损耗

图4.(a-b)弓形法变温测试实物照片；(c)施加16 V偏压时的温度-时间曲线；(d)25-150 °C柔性器件的介电实部；(e)25-150 °C柔性器件的介电损耗；柔性器件在1.5-2.0 GHz，不同实用温度时的雷达反射损耗曲线：(f)50 °C,(g)100 °C,(h)150 °C

【小结】

该研究依靠电压调控和宏观结构设计策略，可有效打破材料的固有本征介电属性，在解决低频雷达隐身及电子干扰等方面有潜在的应用价值，为开发其它低频雷达隐身材料如P波段提供了有益的参考。

文献链接：Hualiang Lv, Guangbin Ji*, Haibo Zeng*, Zhichuan J. Xu*,et al.A Voltage-Boosting Strategy Enabling a Low-Frequency, Flexible Electromagnetic Wave Absorption Device.（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201706343）

本文由南京理工大学曾海波教授课题组供稿，特此感谢！

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