【儀表網(wǎng) 儀表上游】指南針何以指向南北？候鳥何以長距離遷徙？這些都離不開自然界中無處不在的地磁場，但這同樣也干擾了高精度的測量測控，要消除這些“噪聲”干擾，就需要具有優(yōu)異微波吸收特性的材料。
北京航空航天大學(xué)教授單光存團隊經(jīng)過多年的攻關(guān)，研發(fā)了一種具有微波吸收特性的復(fù)合納米材料，該材料的制備成本低、產(chǎn)量高、微波吸收性能優(yōu)異，對實現(xiàn)高精度微波諧振測控技術(shù)有關(guān)鍵作用。
微波吸收材料是一種能夠吸收微波、電磁能而反射和散射較小的材料。微波諧振測控技術(shù)是指依靠微波諧振腔的高靈敏度來進行高精度測量測控，由于微波諧振腔具有很高的品質(zhì)因數(shù)，因而靈敏度很高，可以用來微波諧振測量測控。值得一提的是，諧振頻率是諧振腔重要的參數(shù)，通過對諧振腔諧振頻率的測量是目前快速、有效的測量方法。
在單光存看來，微波吸收特性的復(fù)合納米材料是實現(xiàn)高精度微波諧振測控技術(shù)的關(guān)鍵。
微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1米~1毫米之間的電磁波。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。
由于微波的特性，其在空氣中傳播損耗很大，傳輸距離短，但機動性好，工作頻寬大，除了應(yīng)用于5G移動通信的毫米波技術(shù)之外，微波傳輸多在金屬波導(dǎo)和介質(zhì)波導(dǎo)中。
波導(dǎo)(WAVEGUIDE)，用來定向引導(dǎo)電磁波的結(jié)構(gòu)。
在電磁學(xué)和通信工程中，波導(dǎo)這個詞可以指在它的端點間傳遞電磁波的任何線性結(jié)構(gòu)。但初和常見的意思是指用來傳輸無線電波的空心金屬管。這種波導(dǎo)主要用作微波頻率的傳輸線，在微波爐、雷達、通訊衛(wèi)星和微波無線電鏈路設(shè)備中用來將微波發(fā)送器和接收機與它們的天線連接起來。
常見的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)主要有平行雙導(dǎo)線、同軸線、平行平板波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、微帶線、平板介質(zhì)光波導(dǎo)和光纖。從引導(dǎo)電磁波的角度看，它們都可分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，電磁波被限制在內(nèi)部區(qū)域傳播(要求在波導(dǎo)橫截面內(nèi)滿足橫向諧振原理)。
為了研發(fā)性價比更高的微波吸收材料，研究團隊另辟蹊徑，采用鎂粉、二氧化硅納米粉、二硫化碳為前驅(qū)體，真空管式爐為實驗裝置，利用汽-固反應(yīng)，制備了含有碳、硅、氧三種元素的納米材料。
這種復(fù)合納米材料不僅微波吸收性能好，而且原材料廉價易得，易于加工制造，如果改進爐膛尺寸還可以進一步提高單次實驗的產(chǎn)量。隨著4G時代的廣泛應(yīng)用和5G時代的到來，人們對電磁波污染越來越重視，微波吸收特性的材料逐漸被關(guān)注。
研發(fā)過程并非一帆風(fēng)順，復(fù)合材料界面調(diào)控成為擺在單光存團隊面前的難題，界面問題是很多研究要面對的既基本又復(fù)雜的問題，只是不同的研究關(guān)注的點不同，這項研究需要解決界面之間的耦合問題以及對電磁信號的影響。
資料來源：百科、中國科學(xué)報
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