专利名称：一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料及其制备方法
技术领域：
本发明特别涉及一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料及其制备方法，属于新型光电技术领域。
背景技术：
随着科学技术与电子エ业的迅猛发展，各种电子设备的应用日益增多。电视、电冰箱、电脑及手机等电子产品的普及给现代人的生活带来诸多便利的同时也带来了一个不容忽视的问题——电磁辐射。电磁辐射源几乎潜伏在我们身边的每ー个角落，室内的各种家用电器和室外的高压线、变电站、电台、电视台、电磁波发射塔以及雷达站等，它们工作时会产生不同频率的电磁波，这些电磁波无形、无色、无味地潜伏在人们身边，长期处于电磁辐 射的环境中会严重地损害我们的身体健康。吸波材料将照射到其表面的电磁波吸收，转化为热能等其它形式的能量，因此可以将吸波材料覆在电器设备的表面来消除电磁辐射对人体的危害。除了给人体健康带来危害之外，电磁辐射还会影响各种电子设备的正常运转，电磁干扰导致电子电器设备发生故障会造成巨大的经济损失，可以将吸波材料用于消除电子电器之间的电磁干扰。另外，吸波材料还可以用于军事领域，保护武器系统和飞机等躲避雷达的追击，达到电磁波隐身的效果。吸波材料基于以上在民生、经济和国防三方面的重要作用，引起了世界各国学者的高度重视。作为吸波材料需要满足两个条件，首先，吸波材料在吸波频段内要有尽可能小或者几乎为0的表面反射率。其次，吸波材料能够全部吸收入射到其内部的电磁波能量。条件一使吸波材料有几乎为0的表面反射率，这样可以使入射到其表面的电磁波都进入到吸波材料内部。当材料表面的有效介电常数和磁导率完全相等时，其与自由空间达到阻抗匹配，才会使得表面反射率为0，传统的吸波材料无法精确调控表面的有效介电常数和磁导率，因此无法与自由空间达到完美的阻抗匹配，导致表面反射率不为0，而本发明可以通过调节高介电颗粒的大小、形状、介电常数、金属膜的电导率、高介电颗粒与金属膜的距离以及它们之间的介质来调节吸波材料表面的有效介电常数和磁导率，使得其与自由空间达到接近完美的阻抗匹配，最終得到表面反射率接近O。条件ニ使进入到吸波材料内部的电磁波能量通过电损耗和磁损耗等损耗形式被全部吸收掉，并将其转化为热能等其它形式的能量。其中表面反射率为R，反射參数为sn，R = S11I20透射率为T，透射參数为S21，T = S21I20吸收率为 A，A =1-R-T0
发明内容
本发明的目的在于提出一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料及其制备方法。将高介电颗粒与金属片复合而成吸波材料，可以通过调节高介电颗粒的大小、形状、介电常数、金属片的电导率、高介电颗粒与金属片的距离以及它们之间的介质来调节吸波材料表面的有效介电常数和磁导率，使得其与自由空间达到完美的阻抗匹配，得到表面反射率为0，金属片的存在使得电磁波透过率为0，电磁能量在吸波材料内部通过介电损耗和谐振损耗等被完全消耗棹。本发明可以通过实际需求设计出任意频率处吸收率接近于100%的吸波材料。一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料，该材料由金属片和多个高介电陶瓷颗粒组成，其中多个高介电陶瓷颗粒通过镶嵌或粘连固定在金属片上，排列成高介电陶瓷颗粒阵列，其中任意两个相邻高介电陶瓷颗粒的间距相等。所述金属片为铜片、铝片、银片或金片。所述高介电陶瓷为TiO2陶瓷、CaTiO3陶瓷、BaxSr1-JiO3 (x=0 l)陶瓷或BaxSr1^TiO3 (x=0 I)和 MgO 复合陶瓷。所述高介电陶瓷颗粒的形状为球形、椭球形、椎体、圆柱体、长方体或立方体。所述高介电陶瓷颗粒的尺寸为nm级、ii m级或mm级。
一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料的制备方法，其具体步骤如下(I)利用高温固相反应法或化学合成的方法制备出高介电陶瓷并将其加工成颗粒状。(2)将高介电陶瓷颗粒通过镶嵌或粘连固定到金属片上，排列成高介电陶瓷颗粒阵列，形成高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料。所述金属片为铜片、铝片、银片或金片。所述高介电陶瓷为TiO2陶瓷、CaTiO3陶瓷、BaxSr1-JiO3 (X=(Tl)陶瓷或BaxSr1^TiO3 (x=0 I)和 MgO 复合陶瓷。所述高介电陶瓷颗粒的形状为球形、椭球形、椎体、圆柱体、长方体或立方体。所述高介电陶瓷颗粒的尺寸为nm级、iim级或mm级。本发明的有益效果为本发明可以在一定电磁波频率处可达到接近100%的完美吸波，通过调节高介电颗粒的大小和介电常数等參数可以调控完美吸收峰的位置。
图1为本发明复合吸波材料示意图；图2为Baa5Sra5TiO3和MgO复合陶瓷立方块与铜膜复合而成的吸波材料在频率8GHf 13 GHz范围内的反射參数S11曲线；图3为不同边长的Baci 5Srtl 5TiO3陶瓷立方块与铜膜复合而成的吸波材料在频率5GHf 8 GHz范围内的反射參数S11曲线。
具体实施例方式本发明提供了一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料及其制备方法，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进ー步说明。实施例1利用高温固相反应法合成Baa5Sra5TiO3粉体，掺入氧化镁，利用陶瓷浆料流延技术，得到一定厚度的流延片，通过排胶和烧结得到致密的陶瓷片，将陶瓷片切割成边长a为2 mm的立方块，将立方块周期性粘着在铜箔上，其结构如图1所示。黒色立方块代表Baa5Sra5TiO3和MgO复合陶瓷颗粒，白色金属片代表铜箔。图2为Baa5Sra5TiO3和MgO复合陶瓷立方块与铜膜复合而成的吸波材料在频率8 GHf 13 GHz范围内的反射參数S11曲线(由于铜膜的存在，透射參数S21=O),从图中可以看出该复合材料在f = 9.97 GHz有接近于100%的吸收峰。这是由于立方块颗粒的磁谐振和铜箔的电谐振使得复合材料的有效介电常数和磁导率在f = 9.97 GHz处相等，最终导致该频率处的完美吸收峰。实施例2利用高温固相反应法合成Baa5Sra5TiO3粉体，利用陶瓷浆料流延技术，得到一定厚度的流延片，通过排胶和烧结得到致密的陶瓷片，将陶瓷片切割成边长a为0.96 mm的立方块，将立方块周期性粘着在铜箔上，其结构如图1所示，Ba0 5Sr0 5TiO3立方块与铜膜复合而成的吸波材料在频率5 GHzGHz范 围内的反射參数S11曲线(由于铜膜的存在，透射參数S21=O)见图3，从图中可以看出该复合材料在f = 7. 29 GHz有接近于100%的吸收峰。实施例3利用高温固相反应法合成Baa5Sra5TiO3粉体，利用陶瓷浆料流延技术，得到一定厚度的流延片，通过排胶和烧结得到致密的陶瓷片，将陶瓷片切割成边长a为1.02 mm的立方块，将立方块周期性粘着在铜箔上，其结构如图1所示，Ba0 5Sr0 5TiO3立方块与铜膜复合而成的吸波材料在频率5 GHzGHz范围内的反射參数S11曲线(由于铜膜的存在，透射參数S21=O)见图3，从图中可以看出该复合材料在f = 6. 88 GHz有接近于100%的吸收峰。
权利要求
1.一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料，其特征在于该材料由金属片和多个高介电陶瓷颗粒组成，其中多个高介电陶瓷颗粒通过镶嵌或粘连固定在金属片上，排列成高介电陶瓷颗粒阵列，其中任意两个相邻高介电陶瓷颗粒的间距相等。
2.根据权利要求1所述的复合吸波材料，其特征在于所述金属片为铜片、铝片、银片或金片。
3.根据权利要求1所述的复合吸波材料，其特征在于所述高介电陶瓷为TiO2陶瓷、 CaTiO3 陶瓷、BaxSr1-JiO3 (χ=0 1)陶瓷或 BaxSr1-JiO3 (χ=0 1)和 MgO 复合陶瓷。
4.根据权利要求1所述的复合吸波材料，其特征在于所述高介电陶瓷颗粒的形状为球形、椭球形、椎体、圆柱体、长方体或立方体。
5.根据权利要求1所述的复合吸波材料，其特征在于所述高介电陶瓷颗粒的尺寸为 nm级、μ m级或mm级。
6.一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(1)利用高温固相反应法或化学合成的方法制备出高介电陶瓷并将其加工成颗粒状。(2)将高介电陶瓷颗粒通过镶嵌或粘连固定到金属片上，排列成高介电陶瓷颗粒阵列， 形成高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述金属片为铜片、铝片、银片或金片。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述高介电陶瓷为TiO2陶瓷、CaTiO3陶瓷、BaxSivxTiO3 (x=0 I)陶瓷或 BaxSivxTiO3 (x=0 I)和 MgO 复合陶瓷。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述高介电陶瓷颗粒的形状为球形、椭球形、椎体、圆柱体、长方体或立方体。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述高介电陶瓷颗粒的尺寸为nm级、 μ m级或mm级。
全文摘要
本发明特别涉及一种高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料及其制备方法，属于新型光电技术领域。本发明由金属片和多个高介电陶瓷颗粒组成，其中多个高介电陶瓷颗粒通过镶嵌或粘连固定在正方形金属片上，排列成高介电陶瓷颗粒阵列，其中任意两个相邻高介电陶瓷颗粒的间距相等。本发明通过高温固相反应法或化学合成的方法制备出高介电陶瓷并将其加工成颗粒状；然后将高介电陶瓷颗粒通过镶嵌或粘连固定到正方形金属片上，排列成高介电陶瓷颗粒阵列，形成高介电陶瓷颗粒与金属片复合吸波材料。本发明可以在一定电磁波频率处可达到接近100%的完美吸波，通过调节高介电颗粒的大小和介电常数等参数可以调控完美吸收峰的位置。
文档编号C09K3/00GK103013440SQ201210548590
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者周济, 刘晓明, 赵乾, 兰楚文, 李勃, 李龙土 申请人:清华大学