铁磁性非晶丝(简称非晶丝)一方面具有优异的软磁和独特的高频电磁性能,研究表明非晶丝可作为谐振单元在特定的电磁波频段内实现左手传输特性,且对外部激励的改变有明显的响应;另一方面,非晶丝具有微米级尺寸和良好的力学性能,常用作几何尺寸匹配的功能相嵌入到结构复合材料中。综合两方面特点,采用非晶丝阵列再配以合适的树脂体系而构建的复合材料,有望成为集优异电磁和机械特性于一体的多功能复合材料,在高精度成像、电磁隐身等领域具有广阔的应用前景。目前,这类复合材料的研究挑战主要是如何提高其对外场的响应灵敏度和拓宽特征频段,本研究从非晶丝的本征结构及其阵列的排布设计入手,重点围绕“非晶丝的磁结构与电磁行为的关联”、“非晶丝间的偶极相互作用”、“外加磁场/电流对频段可调性探究”等问题展开;在此基础上进一步设计和制备非晶丝复合材料,探究不同介观结构下外场对其电磁性能的调控,并阐明复合材料的整体电磁行为、界面控制和非晶丝局部特性等要素之间关系的物理本质,摸索并优化固化工艺,为设计和制备高灵敏、宽频谱、强响应的非晶丝复合材料提供理论和技术支持。研究表明,非晶丝的高频电磁行为由铁磁共振主导,通过控制合金成分和几何尺寸,得到内部磁畴分布和磁各向异性不同的非晶丝,其各自发生铁磁共振的频率不同而最终体现在传输频散行为的差异,其中Co(22,24)和Co(18.6,21.6)两种非晶丝分别在8.8-10.4 GHz和9.2-10.7 GHz频段内表现出左手传输的典型“窗口”现象;另外,利用外加磁场/电流等激励促进非晶丝磁畴的运动、重组,进一步改变铁磁共振频率,实现了非晶丝电磁行为的可调可控性,并根据LandauLifsthiz-Gilbert方程得到合理解释。实际应用中考虑到对材料强度的需要,通常在基体中嵌入若干非晶丝,等间距平行排布是最常见的结构;由于非晶丝间存在长程偶极子相互作用,任意非晶丝都受到来自周围环境的影响,故非晶丝阵列整体表现出异于单丝的电磁行为,但其依旧保持了对外部磁场/电流明显的响应;通过调整丝数目和排布间距改变非晶丝在波导内的分布及其受到周围环境的影响,不同阵列表现出独特的电磁行为及外场响应灵敏度。基于非晶丝及其阵列与电磁波的相互作用行为和外场调控规律,将非晶丝嵌入硅树脂和玻璃纤维增强预浸料树脂基体中固化得到两类非晶丝-复合材料。在外加8 Oe的静态磁场激励下,含有6和8根平行排布非晶丝的硅树脂基复合材料在9-11.5 GHz频段内实现了左手传输特性,且额外施加的直流电流(0-50 mA)对其电磁行为有明显的调控作用。不同于单独的非晶丝,复合材料中引入的界面改变了非晶丝表面的应力状态,因此在非晶丝-玻璃纤维增强复合材料中,通过改变非晶丝和玻璃纤维间的排布取向和设计不同固化工艺参数,证明了界面种类及结合强度对复合材料电磁行为及其外场可调性的重要影响,为设计开发该类电磁复合材料及其工程应用提供了思路和参考。