Mikrowellenabsorbierende Materialien beziehen sich auf eine Klasse funktioneller Materialien, die in der Lage sind, die auf ihren Oberflächen empfangene elektromagnetische Wellenenergie zu absorbieren oder erheblich zu dämpfen und so elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Bei technischen Anwendungen wird von einem idealen Mikrowellen absorbierenden Material erwartet, dass es nicht nur eine hohe Fähigkeit zur Absorption elektromagnetischer Wellen über ein breites Frequenzband aufweist, sondern auch Eigenschaften wie geringes Gewicht, Temperaturbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und einfache Verarbeitung aufweist.

Die vier am häufigsten verwendeten Arten von Nanomaterialien für mikrowellenabsorbierende Anwendungen sind folgende:

1. Kohlenstoffbasierte Nanomaterialien Diese Kategorie umfasst hauptsächlich Nano-Graphen,Kohlenstoffnanoröhren (CNTs), Kohlenstoffnanofasern und poröser Kohlenstoff. Kohlenstoffnanoröhren zeichnen sich durch ihr geringes Gewicht, ihre große spezifische Oberfläche, ihre hervorragende elektrische Leitfähigkeit und ihre hohe chemische Stabilität aus. Sie können elektromagnetische Wellen durch dielektrische Verluste und mehrere Streumechanismen effektiv absorbieren. Mit einer breiten Absorptionsbandbreite und guter Kompatibilität für die Herstellung von Verbundwerkstoffen stellen Kohlenstoffnanoröhren eine der vielversprechendsten Richtungen für mikrowellenabsorbierende Materialien der nächsten Generation dar.

2. Nanomaterialien auf Eisen-/Nickel-/Kobaltbasis Diese Kategorie umfasst hauptsächlich Nano-Eisenpulver, Nano-Nickelpulver, Nano-Kobaltpulver und deren Legierungspulver. Diese Materialien absorbieren elektromagnetische Wellen hauptsächlich durch magnetische Verlustmechanismen. Im Vergleich zu einphasigen metallischen Nanopulvern weisen Nanolegierungen oder mehrphasige Verbundpulver auf Fe-, Co- und Ni-Basis im Allgemeinen eine bessere Mikrowellenabsorptionsleistung auf. Aufgrund von Problemen wie der leichten Oxidation und der relativ hohen Dichte reiner metallischer Nanomaterialien werden in praktischen Anwendungen jedoch häufig Oberflächenbeschichtungen, Legierungen oder Verbundstrategien mit anderen Materialien eingesetzt, um diese Einschränkungen zu beseitigen.

3. Ferrit-Nanomaterialien Diese Kategorie umfasst hauptsächlichNano-Fe₃O₄, Nickel-Zink-Ferrit (NiZn), Mangan-Zink-Ferrit (MnZn), Bariumferrit, Strontiumferrit und Kobaltferrit. Ferrite besitzen sowohl magnetische als auch dielektrische Verlusteigenschaften und ihr hoher elektrischer Widerstand unterdrückt effektiv Wirbelstromverluste, sodass sie auch bei hohen Frequenzen eine gute Mikrowellenabsorptionsleistung beibehalten können. Ferrite vom Spinelltyp eignen sich für mittlere bis hohe Frequenzbänder, während hexagonale Ferrite mit ihren höheren magnetokristallinen Anisotropiefeldern für noch höhere Frequenzbereiche geeignet sind. Ferrit-Nanomaterialien sind kostengünstig, chemisch stabil und verfügen über eine große Absorptionsbandbreite, was sie derzeit zu einem der am häufigsten verwendeten mikrowellenabsorbierenden Füllstoffe macht.

4. Keramische Nanomaterialien Diese Kategorie umfasst hauptsächlichWhisker aus Siliziumkarbid (SiC)., Nano-SiC-Partikel und Nano-Siliziumnitrid (Si₃N₄). Siliziumkarbid weist nicht nur bestimmte mikrowellenabsorbierende Eigenschaften auf, sondern bietet auch Vorteile wie Hochtemperaturbeständigkeit, geringe Dichte, gute Zähigkeit, hohe Festigkeit und hohen spezifischen Widerstand, was ihm vielversprechende Anwendungsaussichten in den Bereichen elektromagnetische Verträglichkeit und Stealth-Bereiche verleiht. Aufgrund von Größeneffekten und einer verbesserten Grenzflächenpolarisation weist Nano-SiC eine breitere Absorptionsbandbreite auf und zeigt eine günstige Absorptionsleistung sowohl im Millimeterwellen- als auch im Zentimeterwellenband.

Anwendungsfelder

Mit der immer komplexer werdenden elektromagnetischen Umgebung ist der Einsatzwert von Nano-Mikrowellen absorbierenden Materialien immer wichtiger geworden, vor allem in den folgenden Bereichen:

Elektromagnetischer Schutz: Wird zur Abschirmung elektronischer Geräte und zum Management der elektromagnetischen Umgebung in Serverräumen und Rechenzentren verwendet und reduziert wirksam die Auswirkungen elektromagnetischer Strahlung auf Personal und Ausrüstung.

Telekommunikation: Wird im elektromagnetischen Verträglichkeitsdesign für 5G-Basisstationen, Radome und Kommunikationsgeräte eingesetzt und stellt die Qualität der Signalübertragung sicher.

Unterhaltungselektronik: Wird zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen in Mobiltelefonen, Laptops, intelligenten tragbaren Geräten und anderen Produkten verwendet und verbessert deren elektromagnetische Verträglichkeit.

Automobilindustrie: Wird zur elektromagnetischen Abschirmung elektronischer Steuerungssysteme und fahrzeugmontierter Elektronik in Fahrzeugen mit neuer Energie verwendet und gewährleistet Fahrsicherheit und Systemstabilität.

Intelligente Gebäude:Wird als elektromagnetische Abschirmbeschichtung oder funktionelle Beschichtung zum Schutz der elektromagnetischen Umgebung in Spezialanlagen verwendet.

Gesundheitspflege: Wird zum elektromagnetischen Schutz medizinischer Geräte eingesetzt und verhindert, dass elektromagnetische Störungen Präzisionsinstrumente beeinträchtigen.

Nano-Mikrowellen absorbierende Materialienbieten Vorteile wie geringes Gewicht, große Absorptionsbandbreite und einstellbare Leistung. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien weisen Nanomaterialien aufgrund von Größeneffekten, Grenzflächeneffekten und struktureller Gestaltungsfähigkeit im Allgemeinen eine bessere Mikrowellenabsorptionsleistung auf.

Mit der rasanten Entwicklung von Branchen wie 5G-Kommunikation, Fahrzeugen mit neuer Energie und intelligenter Elektronik wird erwartet, dass Nano-Mikrowellen absorbierende Materialien eine immer wichtigere Rolle beim elektromagnetischen Schutz und beim Management elektromagnetischer Umgebungen spielen werden.