现代科技的快速发展使得电磁波成为信息传播的重要媒介，极大地便利了人们的日常生活，但电磁波的广泛使用给人们的健康带来了不良的影响；各电子设备间的电磁干扰会造成信号拦截、数据丢失等问题，严重影响设备的性能及运行情况。特别是随着物联网、可穿戴设备、自动驾驶的发展，电子设备越来越小型化、集成化，对精度的要求越来越高，要保证这些高功率、高算力设备的正常运行，削弱、抵挡电磁干扰至关重要，电磁波吸收材料由此应运而生。接下来，小编将给大家介绍传统吸波材料在AI时代的挑战及发展现状。

（图源：搜狐网）

吸波材料是什么？

吸波材料是指能够将入射到其表面的电磁波能量吸收转化、衰减或者干涉相消，降低反射电磁波能量的一类电磁功能材料，其主要由吸波剂材料和基体材料组成。若要使入射的电磁波最大程度进入材料，就需要材料有良好的匹配阻抗特性和良好的衰减能力，这两者之间的平衡协同作用决定了吸波性能的好坏。理想的吸波材料应当具备“薄、轻、宽、强”四个特点，即厚度薄、质量轻、吸收频带宽、吸收能力强，这四个要求是当前吸波材料的研究目标也是研究难点。吸波材料按照电磁波损耗机制的不同，可以分为电阻损耗型吸波材料、电介质损耗型吸波材料和磁损耗型吸波材料。

吸波材料的吸收损耗过程（图源：文献3）

（1）电阻损耗型吸波材料：电阻损耗型吸波材料主要是通过与电场的相互作用吸收电波，它可以在变化的电场中产生感应电流或在变化的磁场中产生涡流，将电磁波能量转换为热能。吸波材料的电导率越高，其载流子引起的宏观电流越大，越有利于将电磁能转化为热能。电阻损耗型吸波材料通常由电导率较高的材料构成，常见的材料有石墨烯、碳纳米管、炭黑、导电高分子。

（2）电介质损耗型吸波材料：电介质损耗型吸波材料主要是通过介质的电子极化、分子极化、离子极化或界面极化等弛豫衰减吸收电磁波。电介质损耗型吸波材料的电导率较低，材料中几乎没有自由电子，因此不能形成宏观电流。常见的材料有碳化硅、氮化硅、氧化锌、钛酸钡。

离子位移极化示意图（图源：文献3）

（3）磁损耗型吸波材料：磁损耗型吸波材料主要是通过磁滞损耗、畴壁共振损耗、铁磁共振损耗及涡流损耗等多种机制吸收和衰减电磁波。常见的材料有铁氧体、羟基铁、磁性金属微粉、多晶铁纤维。

传统的吸波材料体系存在理论吸波极限的限制，如传统的吸波材料通常需要一定的厚度来吸收特定频率范围的电磁波，然而材料厚度的增加对于航天航空等需要轻量化的领域是非常不利的；理想的吸波材料应该在所有入射角度下都能高效吸收电磁波，然而，传统的吸波材料往往只在特定入射角度下表现良好。传统吸波材料基于以上限制，难以有更进一步的突破。

AI时代对吸波材料有哪些要求？

（1）吸收能力要求：随着无线通信技术的发展，其工作频段越来越宽，因此要求吸波材料需要具备宽频带的吸波特性，以满足不同频段的需求；吸波材料需要有较强的吸波能力、吸收率，使其可以在较薄厚度的情况下，可以吸收更多的电磁波；吸波材料需要在不同的入射角度下均能保持良好的吸波效果，以适应应用中的各种复杂情况；吸波材料需要具有较好的稳定性，以在不同的环境条件下保持良好的吸波效果，并且能够根据外界的电磁环境的变化进行自我调控，使其能够更大的发挥出应有的作用。

（2）材料要求：AI时代，越来越多的电子设备朝着小型化、集成化的方向发展，吸波材料作为其中的抗电磁干扰材料，也需要朝着轻质化、便携化的方向进行发展。对于部分可穿戴设备，可能还需要具备可弯折的能力。

（3）产业化要求：为了能够进一步满足生产化的需求，吸波材料应该在满足性能要求的前提下，将制备工艺尽可能的简单化，以降低成本，提高生产效率；为了符合我国绿色生产的需求，吸波材料的制备流程和应用过程应该绿色、可回收、可降解。

发展现状

1、铁氧体：铁氧体是研究较广且较为成熟的磁性吸波材料，传统铁氧体吸波材料在横向偏置和纵向偏置磁场中展现出不同的电磁特性，因此对电磁波的吸收性能截然不同。在纵向磁化作用下，反射波将发生极化旋转；在横向磁化下，铁氧体吸波材料只会吸收某一极化的电磁波。利用铁氧体的旋磁性，结合超材料结构设计的铁氧体融合型吸波超材料可实现宽频吸波功能。高海涛等通过将钡铁氧体涂层作为超材料结构的中间介质层设计了性能较为优越的铁氧体融合型吸波超材料。与单一铁氧体吸波材料相比，铁氧体融合型吸波超材料的吸波性能得到了极大改善。目前，提高铁氧体吸波材料吸波性能的方法有掺杂、离子取代、包覆、复合性能较优越的吸波材料等，但上述方法只能在一定程度上改善铁氧体吸波材料的吸波性能，难以突破其吸波频率的极限。融合型吸波超材料可以突破铁氧体吸波材料吸波频率的限制，从而获得性能优越的宽频吸波材料。

*超材料：超材料是由亚波长谐振或非谐振单元经周期或非周期排布组成的结构材料，其具有负折射率、逆多普勒、逆切伦科夫等自然界中材料所不具备的超常物理性质，在光学、声学、热学等领域都展现出巨大的研究潜力。通过人工设计，控制电磁波在超材料表面的传输特性，能够实现高效的电磁波吸收，可以有效地弥补常规吸波材料存在一定的设计维度和制备方法的局限性，从而实现对电磁波吸收区域的灵活调控，在电磁吸波领域具有重要的应用价值。

铁氧体融合型吸波超材料结构示意图及吸波曲线（图源：文献1）

2、石墨烯：雷达隐身材料的关键在于其优异的吸波特性，这种特性能够减少飞机等目标被雷达探测到的可能性，其一直倍受各国科研工作者的广泛关注。宽频吸波一般选用磁性吸波材料或以磁性吸波材料为基础的复合材料，其吸波性能主要依赖于磁损耗、自然共振以及畴壁共振等方式实现良好的吸收。常用的羰基铁粉具有高导磁率和高饱和磁化强度的优点，在宽频吸波具有广泛的应用，但其电磁抗阻匹配特性较差，阻碍了其在宽频吸波材料中的进一步发展。而石墨烯和片状羰基铁粉的复合吸波材料电磁抗阻匹配性能明显增强，介电损耗性能稳定，表现出较好的吸波性能。

吸波材料的细微结构（图源：bilibili）

3、碳化硅：碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料（SiC-CMC）保留了陶瓷材料耐高温、耐腐蚀、高强度、耐磨损等性能优点，随着碳化硅纤维的加入改善了单体陶瓷脆性大、应用可靠性差的致命缺点。SiC-CMC被誉为是航天航空和核能等重要领域最为理想的高温结构材料。由于特殊领域对电磁隐身的需求（如战斗机和巡航导弹等机载武器的尾喷管、鼻锥帽等），研制具有高效电磁波吸收能力的SiC-CMC具有重要战略意义。美国的PW公司已将SiCf/SiC调节片和密封片用于第四代战机F22的发动机，以实现良好的减重和隐身效果。据报道，美国F-35隐身战机也采用了SiC-CMC制备的轴对称喷管，以大幅减少喷管的红外信号和雷达信号。

（a）3D-4编织SiC纤维增强SiC基复合材料（b）3D-5编织SiC纤维增强SiC基复合材料（图源：文献4）

小结

在AI时代，吸波材料有助于提高电子设备的电磁兼容性，对于5G、6G等新一代通信技术的发展至关重要，掌握先进的吸波材料技术有助于国家在国际竞争中掌握主动权，作为在国家安全、通信技术、环境保护、空间探索等多领域具有广泛应用及应用前景的战略性材料，进一步推动吸波材料的研究和发展是具有关键意义的。

参考文献：

1、刘晓明,华宇晨,傅远翔,等.雷达吸波材料研究进展[J].中国材料进展.

2、王旭光.纳米碳化硅的改性制备与微波吸收性能研究[D].沈阳工业大学.

3、蔡长旭.基于机器学习的吸波材料优化研究[D].电子科技大学.

4、俞婷友,金丹,尹洪峰,等.SiC纤维及其复合材料吸波性能研究进展[J].硅酸盐学报.

5、梁莹,李天天,李菊红,等.羰基铁粉/石墨烯复合粉体的制备及其电磁性能研究[J].电子元件与材料.

6、简述雷达隐形手段和雷达反隐形技术.bilibili

粉体圈Alice