[00141119]用于电磁辐射防护的吸波材料的设计与性能优化技术研发

随着电子信息产业的高速发展,一种看不见、摸不着的污染源日益受到各界的关注,这就是被人们称为“隐形杀手”的电磁辐射。各种数字化,高频化的电子电器设备在工作时向空间辐射了大量不同波长和高频率电磁波,如雷达系统、电视和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等都是可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源。从而导致了新的环境污染——电磁辐射．电磁辐射已成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。与此同时,电子元器件也正向着小型化,轻量化,数字化和高密度化方向发展,灵敏度越来越高,很容易受到外界电磁干扰而出现误动,图像以及声音障碍等．电磁辐射产生的电磁干扰不仅影响到电子产品的性能实现,而且由此而引起的电磁污染会对人类和其他生物造成严重的危害．电磁波辐射对人体造成长期的或短期的不同程度的危害,亟需加强防电磁辐射吸波技术及其材料的开发,特别是对吸波材料性能优化技术的研发。吸波材料及其检测技术将在电磁辐射防护、通信芯片、无线互联网天线、汽车防撞雷达等行业有广泛应用。 本成果针对目前吸波材料存在厚、重、覆盖频带窄等瓶颈问题,确保吸波材料满足轻质、宽频、体薄、强吸收的要求,采用新型碳基复合材料——纳米碳（包括多孔碳和碳管）、纳米碳/金属复合颗粒和硅树脂的复合,取得较好的吸波性能。主要创新性如下： （1） 传统的铁磁合金用于微波吸收材料面临填充量大,相应复合材料厚,重,吸收频带窄等的缺点。亟需宽频高效吸收的新型吸波材料。特别是在铁磁性金属颗粒表面包裹新型碳材料,保证了复合材料同时具较高的介电常数和磁导率,从而提高复合材料的吸波性能,并研究了其吸波机理。经深圳光启高等理工研究院（超材料电磁调制技术国家重点实验室）出具的检测报告,碳纳米管/碳包金属纳米颗粒复合材料2mm厚吸波涂层（贴片）在10 GHz实测反射率达-22dB,带宽达3.55GHz。 （2）吸波材料优化设计具有多参数、多目标、维度相关性高等特点,迫切需要算法的应用。我们建立了新型碳基吸波材料与涂层结构优化设计方法,通过宏微观材料电磁参数的实验数据、运用电磁波基本理论,设计材料的组分和吸波结构,以期望达到最佳的吸收效果,力求获得性能更好的复合吸波材料。选取遗传算法优化算法对2、3、4层吸波材料的材料类型和厚度进行吸波性能优化,设计频带为2-18GHz,选取带宽、反射率、带宽和反射率结合为目标函数进行设计,给出多种新型碳基吸波材料的最优复合,目前还未见有相同的研究。 （3） 在应用方向上,随着微波电路集成度越来越高,使用频率越来越高,相应系统的电磁兼容要求越来越严,传统的采用金属屏蔽方式易遗留电磁干扰的隐患,本项目创新性地设计制作相应的新型吸波贴片,除了可作电磁辐射防护片,还用于集成器件中的采用电磁吸收方式的吸波贴片,降低器件间的耦合度,增加隔离度,提高灵敏度。