信息化時代的飛速發(fā)展使各類電子設(shè)備與無線通信系統(tǒng)在軍事、民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，伴隨而來的高頻電磁干擾（EMI）及電磁空間輻射問題日益突出：一方面，電磁污染危害精密設(shè)備穩(wěn)定運行及信息安全；另一方面，涉及國防等高尖端應(yīng)用（如隱身飛行器）需具備高效電磁波吸收能力。因此，開發(fā)高性能吸波材料已成為電磁安全領(lǐng)域的關(guān)鍵需求。近年來，得益于獨特的成分調(diào)控自由度，高熵合金（HEAs）吸波劑以其優(yōu)異多尺度協(xié)同損耗效能，成為備受關(guān)注的研究前沿。

電磁防護的原理

當前，基于電磁波的傳播方式，對電磁波輻射的防護方式主要有電磁波屏蔽和電磁波吸收兩種，其中，電磁波屏蔽是利用導電或磁性材料以形成電磁波封閉區(qū)域，利用反射作用來對特定空間進行防護阻止電磁波的透射，這種機制雖阻止電磁波的透射，但易形成“二次電磁輻射”，不適用于需“低可探測性”場景。而電磁波吸收則能使得電磁波進入吸波材料的內(nèi)部后，通過相互作用，將其轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量而被消散的過程。因此相比于電磁波屏蔽，電磁波吸收這種機制可以從根本上解決電磁輻射干擾的問題。

電磁波傳播形式

吸波材料的分類及要求

通常吸波劑的選擇需要同時考慮阻抗匹配和損耗特性，當吸波劑與目標應(yīng)用環(huán)境的阻抗匹配時，其能實現(xiàn)反射最小化，使電磁波最大程度地進入材料內(nèi)部被吸收。而損耗特性則是電磁波進入材料內(nèi)部后被損耗消散的能力。根據(jù)主導損耗機制，吸波劑可分為如下幾種：

（1）磁滯損耗型吸波劑：常見的磁損耗型吸收劑有鐵氧體、磁性金屬粉、多晶金屬纖維等，該類吸波劑主要依賴高磁導率實現(xiàn)磁滯損耗、渦流損耗、共振損耗等，但高溫下其會失去磁性使其無法應(yīng)用于高溫部件的雷達吸波隱身。

（2）電介質(zhì)損耗型吸收劑：要通過介質(zhì)極化弛豫損耗來吸收電磁波，其可滿足苛刻的熱環(huán)境要求，但介電損耗型材料的磁性能一般很差，低頻下很難實現(xiàn)阻抗匹配，導致吸收性能不好。主要以鈦酸鋇鐵電陶瓷、碳化硅等為代表。

（3）電阻型吸波材料：電阻型吸波劑主要有炭黑、金屬粉、石墨以及特種碳纖維等，其主要通過與電場的相互作用來吸收電磁波，吸收效率取決于材料的電導和介電常數(shù)，電導率越高，其載流子引起的宏觀電流越大，越有利于將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，但石墨等的高溫抗氧化能力差；

可以看出，單一材料吸波劑由于材料的固有局限，存在頻帶受限、穩(wěn)定性弱、結(jié)構(gòu)單一等缺陷，難以滿足現(xiàn)代電磁防護“寬、薄、強、穩(wěn)”綜合需求。

高熵合金吸波劑的優(yōu)勢

高熵合金（HEAs）由五種或更多主元（每種元素原子百分比在5%-35%之間）組成，并通過足夠高的構(gòu)型熵形成固溶體合金。由于成分多樣性和結(jié)構(gòu)復雜性，其具有顯著的“高熵”、“晶格畸變”、“遲滯擴散”、“雞尾酒”四大核心效應(yīng)，使其成為極具吸引力的吸波劑候選材料。

高熵合金形成原理（來源：參考文獻4）

（1）高熵效應(yīng)：混合熵是用來表征混亂系統(tǒng)的無序度的物理量，高熵合金系統(tǒng)足夠大的混合熵，能有效抵消混合焓的作用從而獲得較低的吉布斯自由能，抑制復雜化合物的生成，促進形成簡單固溶體，因此高熵合金往往具有較好的穩(wěn)定性。

（2）晶格畸變效應(yīng)：在高熵合金中，因為原子尺寸差異較大，往往會導致晶格畸變，從而增加電磁波在材料內(nèi)部傳播時的散射過程，有效地增加電磁波的路徑，從而增加其在材料內(nèi)部的能量損耗，提高吸收效率。

（3）遲滯擴散效應(yīng)：在高熵合金中，由于元素間原子尺寸、電負性、晶格結(jié)構(gòu)等方面的顯著差異，原子擴散的活化能較高，原子擴散速率顯著低于基于組分元素遷移率預測的值。這種“遲滯擴散”效應(yīng)有助于防止合金中的相界等微觀結(jié)構(gòu)在長期使用過程中發(fā)生變化，確保吸波性能的長期穩(wěn)定性。

（4）雞尾酒效應(yīng)：單一或少量元素的傳統(tǒng)合金在電磁吸收方面的機制較為單一，且存在一定的局限性，而高熵合金不僅可以通過改變合金中各個元素的比例，精準調(diào)控材料的磁性、電導率、介電常數(shù)等性電磁性質(zhì)，實現(xiàn)各個成分的性能互補，而且由于大量主元元素被強制固溶在同一個晶格，在多主元原子間復雜的相互作用下，可以產(chǎn)生顯著不同于傳統(tǒng)合金的新性能，最終提供更加豐富的電磁損耗機制和物理性能。

常用高熵合金吸波劑體系設(shè)計

大量研究表明，含有Fe、Co和Ni的合金具有高飽和磁化率和磁導率，吸波性能優(yōu)異。因此，當前的高熵合金吸波材料通常是在FeCoNi合金的基礎(chǔ)上進行開發(fā)、設(shè)計和改性的，主要設(shè)計手段有如下幾種：

1、調(diào)控高熵合金元素組成

雖然單相高熵合金具有優(yōu)良的物理力學性能，但在交變電磁場作用下，其表面容易形成渦流，阻礙了電磁波的入射，大大降低了材料的電磁波吸收效果。而基于“雞尾酒”效應(yīng)，高熵合金可以通過調(diào)控與設(shè)計體系內(nèi)鐵磁性元素的成分和含量，調(diào)整出最佳的微觀形貌和電磁參數(shù)，同時也通過其他介電損耗型材料，使其具備其他優(yōu)異的物理性能。

比如在FeCoNi合金的基礎(chǔ)上，添加Ti可以提高高熵合金的電阻率，有效地優(yōu)化了阻抗匹配，同時減輕HEA材料的重量；Cr元素與Fe、Co元素為反鐵磁性耦合，其添加可以提升體系的飽和磁化強度；而在體系中摻雜碳則能使得碳以間隙原子的形式溶解到合金中，能夠起到增強機械硬度和耐蝕性能的效果....

2、工藝控制

高熵合金粉末微觀形貌、晶粒尺寸以及結(jié)晶度等都會影響高熵合金的電磁吸波能力，一方面，在制備過程中通過調(diào)整球磨工藝參數(shù)，例如球磨速度、球磨時間、過程控制劑的類型及含量等來控制其形貌、粒徑及晶粒大小等。另一方面，可以通過熱處理能夠提升高熵合金材料的結(jié)晶度，減少晶格缺陷，從而降低內(nèi)應(yīng)力和提高磁導率，最終滿足吸收微波所需的阻抗匹配和衰減特性。

3、微觀形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計

實心球狀的HEAs粉末表面光滑致密，趨膚深度小，由于金屬的屏蔽作用，大部分的入射電磁波在金屬表面發(fā)生反射，無法保證足夠的電磁波進入材料內(nèi)部。而將高熵合金粉體設(shè)計成多孔結(jié)構(gòu)有利于入射電磁波進入HEAs粉末顆粒內(nèi)部，并使入射電磁波只能在孔道內(nèi)壁發(fā)生多重反射，有效延長了電磁波的傳輸距離，從而提高電磁吸收損耗的能力。另外，多孔結(jié)構(gòu)也增大了HEAs粉末顆粒的比表面積，增加了金屬—空氣界面，界面處聚集的大量偶極子在電磁波照射時引起了強烈的偶極子極化和界面極化，消耗了入射的電磁波能量，增強了對入射電磁波的吸收。

小結(jié)

高熵合金吸波劑憑借其獨有的組分彈性與結(jié)構(gòu)靈活性，為發(fā)展集“寬頻化”、“輕薄化”、“耐環(huán)境化”、“易復合化”于一體的下一代高效吸波材料開辟了新路徑。但由于HEAs中多主元耦合引發(fā)的復雜電磁損耗機制，仍需要深度挖掘其電磁響應(yīng)形成機理，并建立“成分-微結(jié)構(gòu)-電磁性能”的定量關(guān)聯(lián)模型與理論預測工具，以精準指導高性能HEAs的定制化設(shè)計，加速高性能HEAs走向?qū)嵱没瑵M足從高端裝備隱身到終端消費電子電磁兼容（EMC）防護的核心需求，形成兼具防護效能與實用價值的創(chuàng)新型材料體系。

參考文獻：

1、吳金波,楊國棟,張競哲,等.高熵電磁波吸收材料研究進展[J].陶瓷學報.

2、董福宇,劉峰,申向陽,等.高熵合金粉體制備及應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀[J/OL].中國粉體技術(shù).

3、王碩.新型Al-Fe-Ni系高熵合金吸波材料成分設(shè)計及性能研究[D].西安石油大學.

4、李澤瑞.FeCoCrAlGd系高熵合金粉的吸波性能研究[D].大連理工大學.

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