《表面技术》殷陶等工作：表面改性对铁基非晶合金微波吸收性能的影响

在雷达隐身技术和反雷达隐身技术对抗日益激烈的环境下，吸波材料作为雷达隐身技术的核心基础，将成为一个持续的研究热点，目前的主要研究方向集中在新型轻质有效微波吸收材料。与磁性晶体材料相比，非晶磁性材料的复合磁导率更易受趋肤深度效应而非Snoek极限的影响，这使得在高频率范围内获得大磁导率成为可能。此外，由于无序原子的电子散射，磁性非晶相表现出高电阻率，这可以减少高频下的趋肤效应，并有效促进微波的穿透。这些行为意味着微波可以被非晶合金有效地衰减。通常，铁基非晶合金具有更好的磁性和较高的电阻，微波吸收性能有较好的表现。然而，铁基非晶合金作为微波吸收材料损耗机制较为单一，通过与其他材料复合，比如使用介电材料混合或包覆铁基非晶合金，利用两者的协同效应来获得优异的微波吸收性能是一种有效的方法。

广东工业大学材料与能源学院的殷陶等利用磁控溅射工艺在铁基非晶合金粉体表面局部覆盖铝层，以此提高粉体的电导率，增加材料的ε″值，再在该种粉体颗粒表面包覆一层绝缘的KH560硅烷偶联剂，改善复合材料的阻抗匹配性能。铝层能改善绝缘包覆后粉体材料的介电损耗能力，提高相应复合材料的中低频微波吸收能力。相关研究成果于2024年1月在《表面改性》网络首发。

研究人员先在铁基非晶合金粉体表面采用磁控溅射局部覆盖铝膜，再使用KH560硅烷偶联剂对粉体进行绝缘包覆（图1）。通过XRD、SEM和FT-IR分别对粉体进行材料表征（图2-3），VSM和传输反射法分别测试样品的电磁性能。结果表明，镀铝后铁基非晶合金粉体的复介电常数实部ε′提高了56.1%，复介电常数虚部ε″提高了132.4%。绝缘包覆后铁基非晶合金粉体的ε′降低变为铁基非晶合金的32.6%，ε″变为铁基非晶合金的25.1%（图4）。镀铝再包覆KH560的铁基非晶合金粉体的ε′和ε″则分别变为铁基非晶合金的43.5%和36.6%，其复介电常数实部和虚部比镀铝后的样品低，比单纯用KH560包覆后的样品高，显示出镀铝可补偿因KH560绝缘包覆而带来的介电损耗能力下降，有利于调节KH560绝缘包覆的粉体材料的电磁性能。对铁基非晶合金粉体的绝缘包覆，改善了相应材料的高频吸收性能，但牺牲了其低频吸收性能，为了弥补这个不足，研究人员提出在铁基非晶合金粉体表面局部覆盖铝膜，再进行绝缘包覆，期望在绝缘包覆后，粉体仍有较高的介电损耗能力，达到调节材料中低频电磁波吸收能力的目的（图5）。样品模拟反射率曲线显示（图6），样品厚度在2-3mm时，铁基非晶合金/Al/KH560样品最低峰对应频率低于铁基非晶合金/KH560的相应峰位，铁基非晶合金粉体表面镀铝可明显改善其复合材料的低频微波吸收特性。