南航姬廣斌、南理工曾海波&南洋理工徐梽川Adv. Mater. ：低頻雷達隱身器件取得重要進展

【引言】

隨著低頻雷達的快速發展，對武器裝備的低頻隱身提出了更為迫切的需求，由前期關注的C、X、Ku、Ka等波段逐漸過渡到低頻如L、P波段的雷達隱身。目前，我國周邊部署了多部低頻預警雷達，如臺灣的AN/FPS-115“鋪路爪”遠程預警雷達和E-2T、E-2T2000空中預警機、日本的E-2D預警機等，探測距離高達500 km，這些都對我國的遠程導彈和作戰飛機構成了重大威脅。另外，日常生活中家用電器和電力系統等產生的電磁輻射頻段也基本處于0-3.5 GHz，研究表明0.5-3 GHz波段內的電磁輻射會對人造成生物性損傷，危害器官及神經系統、內分泌系統、免疫系統、造血系統等，另外，0.5-3 GHz波段內電磁干擾還會影響設備的正常工作或造成信息泄露。因此，研制高性能低頻電磁波吸收材料對于國防及民用均具有重要意義。根據四分之一波長理論，低頻雷達隱身材料的匹配厚度將遠高于厘米和毫米波段，在X波段成熟的材料體系基本無法使用，目前國內外針對低頻雷達隱身材料的研究進展緩慢，很多方面均屬空白。

【成果簡介】

當前，依靠材料組分設計及微觀形貌優化可有效解決中高頻電磁波吸收，但其在低頻區間雷達吸收性能差，當厚度增大到10 mm時，少部分的電磁吸收劑在1-2 GHz盡管可達到-5 dB的吸收，但有效吸收寬度一般都小于0.3 GHz。最近，南京航空航天大學姬廣斌教授課題組聯合南京理工大學曾海波教授、新加坡南洋理工大學徐梽川教授在低頻（1.5-2.0 GHz）雷達隱身器件方面取得重要進展，相關成果以“A Voltage-Boosting Strategy Enabling a Low-Frequency, Flexible Electromagnetic Wave Absorption Device”在線發表于Advanced Materials。該研究團隊借助電磁計算，發現受制于材料本征介電屬性，ε'值的提升必然會伴隨ε''的增大。為解決此難題，該團隊設計了一種具有三明治結構的柔性低頻雷達隱身器件，內層選用高效電可調SnS/SnO₂@C作為吸收層，外層選用超薄碳膜作為電子傳輸通道。研究結果表明，在施加一定電壓時，該柔性電子器件的介電實部和虛部隨著電壓的增大而增加，18 V時介電實部和虛部均可控制在理想區間，雷達反射損耗值在整個1.5-2.0 GHz均低于-5 dB。耐溫測試表明該柔性電子器件在150 ^oC時，低頻微波吸收仍能有效覆蓋。

【圖文導讀】

圖1. (a) SnS/SnO₂@C, SnS, SnO₂, SnS/SnO₂和無定形碳的介電參數；(b) 不同TAA用量所得SnS/SnO₂@C吸收劑的介電參數及介電損耗；(c) SnS/SnO₂@C復合物的同步輻射圖譜；(d) 同步輻射和XRD所得SnS原子比

圖2. (a-d) SnS/SnO₂@C柔性器件在不同彎曲角度的實物照片；(e) 柔性器件導電性隨SnS/SnO₂@C含量的變化曲線；(f-h) 同軸線測試示意圖；(i-j) 不同偏壓下柔性器件介電常數的變化曲線 (橙色，綠色，粉色和深黃色分別代表在500, 600, 700 和 800 °C下得到的樣品)

圖3. (a-b)弓形法實測柔性器件低頻雷達反射損耗的照片；(c)弓形法測試低頻雷達反射損耗的原理示意圖；(d-e) 柔性器件厚度的實測照片；(f) 弓形法和同軸線法所得1.5-2.0 GHz的雷達反射損耗

圖4. (a-b) 弓形法變溫測試實物照片；(c) 施加16 V偏壓時的溫度-時間曲線；(d) 25-150 °C柔性器件的介電實部；(e) 25-150 °C柔性器件的介電損耗；柔性器件在1.5-2.0 GHz，不同實用溫度時的雷達反射損耗曲線：(f) 50 °C, (g) 100 °C, (h) 150 °C

【小結】

該研究依靠電壓調控和宏觀結構設計策略，可有效打破材料的固有本征介電屬性，在解決低頻雷達隱身及電子干擾等方面有潛在的應用價值，為開發其它低頻雷達隱身材料如P波段提供了有益的參考。

文獻鏈接：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）

本文由南京理工大學曾海波教授課題組供稿，特此感謝！

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