(武警工程大学 陕西 西安 710086)
摘 要: 氧化锌（ZnO）是一种应用广泛的半导体金属氧化物，其在吸波领域的应用引起了越来越多研究者的关注。本文简述了氧化锌的特点、应用、吸波原理，并对近年来国内外纳米氧化锌吸波材料的研究进展做了简要介绍。
关键词: 纳米ZnO，微波吸收
1 引言
随着科技的飞速发展，各种电子设备在日常生活、社会建设及国防安全方面发挥着重要的作用。然而，这些设备在工作过程中时刻辐射着不同波长和频率的电磁波，造成了一个令人困扰的问题，即电磁干扰(EMI)，又称电磁污染。为了应对电磁干扰，微波吸收材料应运而生。微波吸收材料是指能吸收、衰减入射的电磁波，将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失，达到减小目标雷达散射截面的隐身效果或者减少电磁干扰的目的。
2 相关知识
2.1 氧化锌简介
ZnO是一种N型半导体材料，具有较大的禁带宽度（3.37eV）和较高的激子结合能(60 meV)，较高的电子迁移率和热导率，同时，它还具有制备成本低、无毒性、质量轻、可降解的优点，作为功能材料具有广阔的应用前景，在气敏、发光、催化等领域具有广泛的应用，同时，氧化锌在电磁场中介电常数较大，具有优异的介电损耗和半导体性能，是一种性能优异的吸波材料，国内外许多研究人员都对其吸波性能进行了研究。
2.2 吸波材料的工作原理
当电磁波进入吸波材料后，每传播到一个界面，会产生三种情况：1电磁波与介质直接作用，使一部分电磁波转变成热能或其他形式的能量而耗散掉；2部分电磁波进入介质内部，产生多次反射和散射，并因自身干涉相消耗散一部分；3部分电磁波穿透吸波材料成为透射波继续传播。
如果要求吸波材料能对特定频率的电磁波进行高效的吸收，实现零反射，则必须满足一定的条件，一是电磁波接触到吸波材料时，尽可能不被反射；二是进入材料内部的电磁波尽可能被全部吸收。
3 纳米氧化锌吸波材料的研究现状
微波吸收性能往往与材料的复磁导率、复介电常数、阻抗匹配有关，这些参数可以通过材料的组分、形貌、大小等来进行调节，这也是我们改进提高材料的微波吸收性能的方向。目前，国内外对纳米氧化锌吸波材料的研究有以下几个方向：
3.1形貌上的改进。
研究发现，一些特殊形貌的ZnO往往表现出更优异的吸波性能。R.F. Zhuo 等[1]使用两步化学气相沉积法，制备了ZnO纳米树，这种纳米树类似于全向天线，这可能在微波衰减中起着重要作用，通过测试，厚度为4.0mm的试样在4.2GHz的反射损耗可以达到-58dB。经过改进实验方法，R.F. Zhuo等[2]使用一步的化学气相沉积法制备了ZnO纳米树，这种ZnO纳米树树枝较短，较粗，但优点是制备方法简化，同样表现出了出色的微波吸收性能，厚度为4.0mm的试样在5.0GHz的反射损耗达到了-27.5dB。Chao Ma等[3]首先合成了碳酸锌纳米片，然后通过高温处理获得了多孔的ZnO纳米片，其厚度为100-500nm，多孔结构使得其微波吸收性能优异，在10.7GHz其损耗最大为-34.5dB。
3.2与其他吸波材料掺杂或复合
在ZnO中掺杂过渡金属离子，或者与碳系吸波材料进行复合可以引入其它吸波材料的优异性能。J Wang等[4]利用ZnO和Fe 在Ar2和H2氛围中合成了ZnO包裹的铁磁体胶囊，对8.2–18 GHz的微波吸收率达到了90％，这种结构为微波吸收性能的优化提供了结构上的灵活性，而且通过异质结的协同效应，ZnO的介电损耗能力得到了增强。Biao Zhao等[5]使用水热法在Ni球上生长ZnO，合成了壳层状的Ni/ZnO复合材料，2.0mm厚的样品在13.4 GHz的反射损耗达到了-48.6dB。Huifeng Li等[6]将锌粉和石墨在Ar2和O2环境中加热到910°，生成了三维网格状的ZnO纳米棒，网格排列整齐，有很好的方向性，在6.2GHz其最大损耗达到了-37dB。
3.3综合运用各种方式对性能进行改进。
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为了进一步提高微波吸收性能，形貌的改进和掺杂复合常同时进行。Xiang Liu等[7]制备了氧化还原石墨烯包裹的蛋黄壳结构的ZnO-Ni-C复合材料，这种特殊的结构调节了阻抗匹配，增加了纳米材料内部缺陷的数量，因此表现出了出色的微波吸收性能，在15.2 GHz其最大损耗达到了-59.3 dB。Lei Wang等[8]合成了Fe3O4和多壁碳纳米管WMCNTs，然后在其中引入了纳米ZnO晶体，研究发现，纳米ZnO的介入提高了ZnO/Fe3O4/MWCNTs 复合材料的阻抗匹配和微波吸收性能，在6.08 GHz其最大损耗为-38.2 dB。N Zhang等[9]用水热法将石墨烯、ZnO和Fe3O4纳米颗粒进行复合，研究发现，Fe3O4和ZnO修饰的三维氧化还原石墨烯在涂层厚度为2mm时吸波性能最佳，在13.5GHz处反射率最低（达到–57.0 dB）。
4结束语
目前，综合应用多种方式对形貌进行改进，并掺杂复合其他吸波材料以提高吸波性能是纳米氧化锌吸波材料研究的主要方向，在此基础上，如何实现材料的更轻、更薄也是未来需要考虑的重要因素之一。
参考文献
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论文作者:赵耀 曾令坤 陈星兴
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/16
标签：材料论文; 纳米论文; 电磁波论文; 微波论文; 性能论文; 氧化锌论文; 形貌论文; 《科技新时代》2018年9期论文;