【儀表網 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，就需要具有優異微波吸收特性的材料。
北京航空航天大學教授單光存團隊經過多年的攻關，研發了一種具有微波吸收特性的復合納米材料，該材料的制備成本低、產量高、微波吸收性能優異，對實現高精度微波諧振測控技術有關鍵作用。
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因數，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，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，微波吸收特性的復合納米材料是實現高精度微波諧振測控技術的關鍵。
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。微波的基本性質通常呈現為穿透、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，除了應用于5G移動通信的毫米波技術之外，微波傳輸多在金屬波導和介質波導中。
波導(WAVEGUIDE)，用來定向引導電磁波的結構。
在電磁學和通信工程中，波導這個詞可以指在它的端點間傳遞電磁波的任何線性結構。但初和常見的意思是指用來傳輸無線電波的空心金屬管。這種波導主要用作微波頻率的傳輸線，在微波爐、雷達、通訊衛星和微波無線電鏈路設備中用來將微波發送器和接收機與它們的天線連接起來。
常見的波導結構主要有平行雙導線、同軸線、平行平板波導、矩形波導、圓波導、微帶線、平板介質光波導和光纖。從引導電磁波的角度看，它們都可分為內部區域和外部區域，電磁波被限制在內部區域傳播(要求在波導橫截面內滿足橫向諧振原理)。
為了研發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、二硫化碳為前驅體，真空管式爐為實驗裝置，利用汽-固反應，制備了含有碳、硅、氧三種元素的納米材料。
這種復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量。隨著4G時代的廣泛應用和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注。
研發過程并非一帆風順，復合材料界面調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雜的問題，只是不同的研究關注的點不同，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、中國科學報
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