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随着科学技术的发展，电磁辐射对环境和人体所带来的危害日益严重，而电磁吸波材料的出现，可以有效遏制这种危害的发展。现代战争中，以电磁吸波材料为基础的雷达隐身技术极大提高了武器装备在战场上的生存力和突防能力，是控制现在战争主动权的重要手段之一。随着材料和技术上的革新，对电磁吸波材料的性能也不仅仅止步于传统的“薄、宽、轻、强”四个方面，而是全方位多方面综合性能的提升。因此，多种优势互补材料之间的复合以及吸波结构设计成为了电磁屏蔽领域研究和发展的重点方向。
对于短切碳纤维和连续碳纤维，该文分别提出通过制备Fe@CF复合吸波材料和碳纤维布/羰基铁粉(Carbonyl iron powder,CIP)复合吸波材料，借助碳纤维(Carbon fiber,CF)及铁磁材料的优势互补克服其各自的缺陷。在此基础上通过设计新的多维结构实现多重电磁损耗机制以改善CF的吸波性能，该技术不仅能降低复合材料的密度，而且能使其兼具电、磁双重损耗，能够有效拓宽吸波频带，提高吸波性能。本文主要研究内容及结论如下：
采用化学镀的方法，在CF表面进行改性，均匀沉积出一层Fe纳米片镀层，成功制备出Fe@CF复合吸波材料。并研究了形貌对Fe@CF复合吸波材料电磁参数的影响，实验表明，Fe纳米片结构形成的不连续网络提高了CF的阻抗匹配性能和CF的磁导率，加强了CF的磁损耗能力，其中Fe@CF的磁损耗主要来自于自然共振。通过对Fe@CF的反射损耗的研究发现，在2-18GHz频率范围内，当CF质量分数为30wt％，吸收层厚度为1.5mm时，匹配性能和损耗能力最佳，在11.67GHz频率下达到最小反射损耗值-36.89dB。
对于连续碳纤维改性，制备了以硅橡胶为基体的碳纤维布/CIP复合材料。碳纤维和CIP的含量对复合材料的吸波效果影响很大，对于碳纤维含量较少的A规格碳纤维，随着CIP含量增加，碳纤维布/CIP复合材料吸波效果越好，CIP质量分数为60wt%时，反射损耗在6.36GHz达到最小值-34.83dB；碳纤维含量较多的B规格碳纤维在CIP质量分数为40wt%，吸波效果最好，反射损耗在9.21GHz达到最小值-20.34dB。除此之外，碳纤维排布方式对复合材料的吸波效果也有显著的联系，两层碳纤维布在复合材料中正交排布时，对电磁波的吸收效果比平行排布的效果更优异，CIP质量分数为40wt%，两层A规格碳纤维正交排布时，复合材料的反射损耗在13.31GHz可达到-42.35dB。而对于两层B规格碳纤维布，正交排布时间距小，构成了很大的连续性表面，碳纤维含量较高，对电磁波形成了强反射，吸波效果较差。
针对吸波涂层厚度大的缺点，本文对基于Fe@CF复合材料的吸波结构进行了设计，提出了多层平面结构，并利用Comsol仿真软件对其电磁特性进行了仿真分析。结果显示，对于多层平面吸波结构，当匹配层为1mm，吸波层为2mm时，吸波效果最佳，在12GHz附近达到最小反射损耗值-22dB，显示出优异的吸波效果及结构可设计性。
本文研究的Fe@CF复合吸波材料和碳纤维布/CIP复合吸波材料能够很好地应用在X波段的电磁屏蔽应用中，关于吸波结构的仿真分析可以为后续吸波超材料的设计与制备提供参考。
对于短切碳纤维和连续碳纤维，该文分别提出通过制备Fe@CF复合吸波材料和碳纤维布/羰基铁粉(Carbonyl iron powder,CIP)复合吸波材料，借助碳纤维(Carbon fiber,CF)及铁磁材料的优势互补克服其各自的缺陷。在此基础上通过设计新的多维结构实现多重电磁损耗机制以改善CF的吸波性能，该技术不仅能降低复合材料的密度，而且能使其兼具电、磁双重损耗，能够有效拓宽吸波频带，提高吸波性能。本文主要研究内容及结论如下：
采用化学镀的方法，在CF表面进行改性，均匀沉积出一层Fe纳米片镀层，成功制备出Fe@CF复合吸波材料。并研究了形貌对Fe@CF复合吸波材料电磁参数的影响，实验表明，Fe纳米片结构形成的不连续网络提高了CF的阻抗匹配性能和CF的磁导率，加强了CF的磁损耗能力，其中Fe@CF的磁损耗主要来自于自然共振。通过对Fe@CF的反射损耗的研究发现，在2-18GHz频率范围内，当CF质量分数为30wt％，吸收层厚度为1.5mm时，匹配性能和损耗能力最佳，在11.67GHz频率下达到最小反射损耗值-36.89dB。
对于连续碳纤维改性，制备了以硅橡胶为基体的碳纤维布/CIP复合材料。碳纤维和CIP的含量对复合材料的吸波效果影响很大，对于碳纤维含量较少的A规格碳纤维，随着CIP含量增加，碳纤维布/CIP复合材料吸波效果越好，CIP质量分数为60wt%时，反射损耗在6.36GHz达到最小值-34.83dB；碳纤维含量较多的B规格碳纤维在CIP质量分数为40wt%，吸波效果最好，反射损耗在9.21GHz达到最小值-20.34dB。除此之外，碳纤维排布方式对复合材料的吸波效果也有显著的联系，两层碳纤维布在复合材料中正交排布时，对电磁波的吸收效果比平行排布的效果更优异，CIP质量分数为40wt%，两层A规格碳纤维正交排布时，复合材料的反射损耗在13.31GHz可达到-42.35dB。而对于两层B规格碳纤维布，正交排布时间距小，构成了很大的连续性表面，碳纤维含量较高，对电磁波形成了强反射，吸波效果较差。
针对吸波涂层厚度大的缺点，本文对基于Fe@CF复合材料的吸波结构进行了设计，提出了多层平面结构，并利用Comsol仿真软件对其电磁特性进行了仿真分析。结果显示，对于多层平面吸波结构，当匹配层为1mm，吸波层为2mm时，吸波效果最佳，在12GHz附近达到最小反射损耗值-22dB，显示出优异的吸波效果及结构可设计性。
本文研究的Fe@CF复合吸波材料和碳纤维布/CIP复合吸波材料能够很好地应用在X波段的电磁屏蔽应用中，关于吸波结构的仿真分析可以为后续吸波超材料的设计与制备提供参考。