新型碳基复合吸波材料的制备及性能研究

在聚丙烯腈(PAN)聚合液中分别加入Fe,nano-Fe和FeC2O4.2H2O,经热处理后制备了三种新型的电磁损耗型碳基复合吸波材料.通过X射线衍射仪(XRD)对复合材料分别进行物相分析,三种复合材料中,Fe元素主要以Fe3O4的形式存在.根据所测得的介电常数和磁导率比较分析了三种碳基复合材料和纯碳材料的吸波性能,结果表明加入Fe和nano-Fe制备的碳基复合材料有效改善了纯碳材料的输入波阻抗匹配程度,提高了微波吸收性能.结果表明,加入Fe和nano-Fe制备的碳基复合材料,涂层厚度分别为1.9和2.2mm时,在12.7～ 18GHz频段内,反射损失值都小于- 10dB,有效吸收带宽为5.3GHz.涂层厚度均增至2.5mm,最小反射损失值分别达到- 46和- 29.8dB,有效改善了纯碳基体输入波阻抗匹配程度,提高了微波吸收性能.     

PVA浓度对电纺制备ZnO纳米纤维吸波性能的影响

采用静电纺丝法制备ZnO纳米纤维,研究聚乙烯醇(PVA)浓度对ZnO纳米纤维微观形貌、介电性能和吸波性能的影响规律。结果表明:随着PVA浓度从6%增至10%,ZnO纳米纤维直径变细,但珠结增加,粗细不均。当PVA浓度为8%时,ZnO纳米纤维直径较细、粗细均匀、表面光滑、珠结较少,形貌最好。此时,其介电常数达到最高值,实部为15.4~20.8,虚部为3.6~4.7,并在较薄的厚度下具有最优的吸波性能。当70%(质量分数/%,下同)ZnO纳米纤维/石蜡样品的厚度为1.3 mm时,反射率低于–5 dB的吸收带宽达到5.4 GHz(12.6~18 GHz),最小反射率为–16.6 dB。此外,石蜡含量也对样品的介电性能和吸波性能具有重要影响,随着石蜡含量的增加,样品的介电常数降低,当石蜡含量为30%和20%时,样品具有较好的吸波性能。     

纳米复合镍粉雷达吸波涂层研究

采用机械化学法将纳米SiC包覆在镍粉表面制备复合吸波材料,将该材料喷涂在基体上制备吸波涂层,并研究了SiC在复合材料中的含量变化对涂层吸波性能的影响.研究表明,SiC含量为10%时,纳米复合涂层的吸波性能最佳.与镍粉吸波涂层相比,该纳米复合涂层中频段的吸波性能明显提高,发射率小于-5 dB的带宽由7 GHz增加到10.4 GHz,涂层最高吸收值达到-23.4 dB.     

磁损耗吸波涂层的损耗特性北大核心CSCD

为研究磁损耗吸波涂层的损耗特性,选取了两种羰基铁粉吸收剂及一种铁氧体吸收剂,采用同轴法测试了材料电磁参数,并计算了频率为1~18 GHz电磁波在吸波涂层中的衰减常数、相位常数和波长,考察了电磁波在吸波涂层中的衰减率,计算了吸波涂层对电磁波的输入阻抗和反射率。结果表明,厚度为2 mm的S型吸波涂层对频率为18 GHz的电磁波的衰减率达到-24.9 dB,电磁波能量下降为原来的0.3%。三种吸波涂层输入阻抗实部Re(Z_(in))最大值对应频率与反射率最大值对应频率值基本相等。输入阻抗实部Re(Z_(in))与自由空间中本征阻抗匹配性能不是决定涂层反射率的唯一重要因素。     

高温吸波涂层的多目标优化模型设计

大多数高温吸波材料都属于非磁损耗型,单层往往很难达到理想的吸波性能。为解决此问题并优化涂层厚度,通过差分进化算法建立了多层高温吸波涂层的多目标优化模型,重点以8.2～12.4 GHz内反射率RL-10 dB频率带宽和涂层总厚度d为优化目标。设定三种高温吸波材料,研究表明,单层涂层很难达到理想的吸波性能;在单目标优化中,以频率带宽为优化目标,得到了3.2 GHz的有效带宽,吸波性能显著提升;在多目标优化中,同时对涂层总厚度d进行优化,优化结果同单目标相比,在保持良好吸波性能的同时,涂层厚度下降30%,结果表明模型能够优化吸波性能,并最大限度降低厚度。本文建立的模型适用于多种材料,不局限于文中设定的三种材料,能够达到理想的优化结果。     

Fe-Si-Al合金的制备及其微波电磁性能

以高纯Fe、Si、Al粉为原料,采用机械合金化法制备Fe-Si-Al合金粉末.利用X射线衍射仪、扫描电镜和矢量网络分析仪分别研究了机械合金化产物的相结构、形貌和Fe-Si-Al合金吸波材料在1～18GHz内的电磁性能.结果表明:采用机械合金化方法,球磨时间为80 h时制备得到了块状Fe-Si-Al合金粉末,并且得到的Fe-Si-Al合金粉末比原始铁粉具有较低的介电常数实部和虚部,其磁导率实部和虚部也有所增加.Fe-Si-Al合金吸波材料在低频具有优异的吸波性能,吸波材料厚度为3 mm时,在2～4 GHz频段内具有较低的反射率,在3 GHz处的最小反射率为-16 dB.随着厚度的增加,Fe-Si-Al合金吸波材料的最大吸收峰由高频向低频移动,同时吸收峰的宽度变窄,最小反射率减小,吸波能力增强.     

填料法制备SiC_f/SiC复合材料的力学性能和高温介电性能

为获得性能优异的耐高温结构吸波材料,以纳米SiO_2颗粒为填料,采用有机先驱体浸渍裂解法(precursor infiltration and pyrolysis,PIP)制备SiC_f/SiC复合材料,研究填料对复合材料力学性能和高温介电性能的影响。结果表明:随着SiO_2含量从3%(质量分数,下同)增加至15%,SiC_f/SiC复合材料的弯曲强度先增加后减小,最高可达275 MPa;低介电常数SiO_2填料的引入使得复合材料的复介电常数逐渐减小,室温吸波性能得到有效改善,15%SiO_2含量的复合材料厚度为3.2~4.0 mm时,室温反射率在整个X波段均达到–8 d B以下;复合材料的复介电常数随着温度的升高逐渐增大,而SiO_2能显著降低高温复介电常数及其增幅,700℃时15%SiO_2含量复合材料在2.7~3.0 mm厚度范围具有优异的吸波性能。     

无纺布织物涂层的吸波性能

以无纺布为基材,采用叠层式结构制备无纺布织物涂层吸波材料。用3 cm波导测量系统在9.35GHz研究复合吸波剂(羰基铁粉和乙炔炭黑)含量和叠层结构对材料吸波性能的影响。结果表明,这种以无纺布为基材的吸波材料,通过控制吸波涂层的组成和设计合理的结构,增加入射电磁波与吸波材料的作用几率,可以改进材料的吸波性能并降低材料面密度。     

红外反射材料In（Sn）2O3（ITO）的微波吸收性能

测试7.7vol%和15.8vol%In(Sn)2O3(ITO)/石蜡在2~18GHz的介电谱。测定10vol%和20vol%In(Sn)2O3(ITO)/环氧树脂在2~8GHz的反射率。结果显示,ITO材料具有很好的介电损耗。当涂层厚度d=3mm时,两种涂层分别在4.51GHz和6.27GHz有-10.5dB和-14dB的反射率。理论值显示,15.8vol%ITO/石蜡复合材料在4.56~11GHz的反射率低于-10dB,有好的吸波性能。同时分析ITO的介电损耗机理。     

含超材料的新型蜂窝夹层结构吸波复合材料

研究含超材料的新型蜂窝夹层结构复合材料的宽频吸波性能,分析吸波蜂窝高度和蜂窝介电性能对含超材料新型蜂窝夹层结构吸波复合材料吸波性能的影响规律。结果表明:吸波蜂窝高度增加有利于提升超材料结构单元的吸收效果;超材料吸波结构与吸波蜂窝的匹配效果随着吸波蜂窝介电性能的提升,先提高后降低,当吸波蜂窝介电常数实部介于1.59～1.84、介电常数虚部介于1.31～1.75时,匹配效果最好;引入超材料结构单元后,含超材料新型蜂窝夹层结构复合材料低频1～2 GHz频率范围的平均吸波性能显著提升,同时材料重量得到大幅度降低。     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their micro-wave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black (ε′, ε″=Av2 Bv C) and the complex dielectric constants show an obvi-ous frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values (tanδ) of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the di-electric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

Electromagnetism and Absorptivity of the Modified Micro-coiled Chiral Carbon Fibers

Micro-coiled chiral carbon fibers are modified by nano-Ni. X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） are used to compare the composition and morphology of the unmodified and the modified fibers. The results show that electromagnetism parameters of the modified are different from those of the unmodified. After modification by nano-Ni, the micro-coiled chiral carbon fibers have decreased permittivity and electrical loss. The permeability and magnetic loss of the modified carbon fibers become larger than those of the unmodified ones. Moreover, the modification of unmodified chiral carbon fibers into the modified is much like changing hollow electric windings into those with magnetic cores inside. The modifier intensifies the cross polarization of the chiral carbon fibers and makes the permittivity and the permeability get closer to each other which improves the matching performance and enhances absorbability of coatings. In the range of 6-18 GHz, the reflectivity of the coating is 6-8dB and the bandwidth is 12 GHz. The area density of the coating is below 3 kg/m^2.     

碳团簇复合吸波材料的结构设计与性能

通过物理和化学方法制得聚丙烯腈(PAN)基碳团簇复合吸波材料,利用SEM和XRD对其结构及形貌进行了表征,并以碳团簇复合吸波材料和碳团簇材料分别为吸收剂制备的吸波涂层进行了吸波性能测试。结果表明:以碳团簇复合吸波材料为吸收剂制备的吸波涂层带宽要优于以碳团簇材料为吸收剂制备的吸波涂层,该碳团簇复合吸波材料兼具电和磁损耗的能力。     

镀钴碳纳米管/环氧树脂基复合材料的制备及其微波吸收特性研究

采用化学镀法制备了表面镀钴的多壁碳纳米管，并将其均匀分散在环氧树脂基体中固化成膜，形成镀钴碳纳米管／环氧树脂基复合材料。采用透射电镜、X射线衍射及振动样品磁强计等对镀钴碳纳米管的形貌、微结构与磁性能进行了表征，还采用数字化网络分析仪对该复合材料在0．5～40GHz频段内的微波吸收特性进行了研究。结果表明：在相同的碳管质量分数(1％)和吸波介质层厚度(2．0mm)等条件下，与纯碳纳米管相比，表面镀钴碳纳米管的吸收峰往高频方向移动，吸收强度略有增加，但吸收频带并没有宽化趋势。     

钙钛矿型La_(1-x)Ba_xMnO_3(0≤x≤0.5)的红外发射率和微波吸收性能

通过溶胶凝胶法制备钙钛矿结构的La_(1-x)Ba_xMnO_3(0≤x≤0.5),利用X射线衍射、四探针电阻测量仪、红外发射率测试仪、矢量网络分析仪分别研究Ba~(2+)掺杂对镧锰氧化物晶体结构、电阻率、红外发射率和微波吸收性能的影响。研究结果表明:当Ba~(2+)掺杂浓度比较低时,掺杂的元素几乎不改变镧锰氧化物的晶体结构;当掺杂浓度增加时,晶格畸变开始增大;样品红外发射率随Ba~(2+)离子掺杂浓度的增大先降低后缓慢增加,与电阻率的变化保持一致;Ba~(2+)离子可以对样品在2~18 GHz微波吸收性能进行调控,当掺杂浓度x=0.3时,样品的吸收效果最佳;在频率为10.8 GHz时,最低反射率为-32 d B;掺杂合适元素的镧锰氧化物材料有可能应用在红外/雷达兼容隐身领域。     

La3＋掺杂 Ni0．35 Co0．15 Zn0．5 Fe2 O4铁氧体的制备及微波吸收性能

采用溶胶-凝胶自蔓延法制备 La3＋掺杂 Ni0．35 Co0．15 Zn0．5 Fe2 O4,并研究不同掺杂量对样品微观结构、电磁参数及微波吸收性能的影响。通过 X 射线衍射仪、扫描电镜研究了样品的相结构和微观形貌,使用振动样品磁强计与矢量网络分析仪分别对样品的静态磁性能及在1～12GHz 的电磁参数进行了研究,并计算了不同厚度（3 mm、5 mm、8 mm）下材料的反射损耗。研究表明,适量掺杂 La3＋能够提高 Ni0．35 Co0．15 Zn0．5 Fe2 O4铁氧体的吸波性能,并使吸收频带向高频移动。其中样品 Ni0．35 Co0．15 Zn0．5 La0．04 Fe2 O4与石蜡混合厚度为5mm 时,最小反射损耗为－28．4dB,小于－10dB 带宽为3．7GHz。     

莫来石陶瓷的制备、微波介电特性及其对材料吸波性能的影响

采用热压烧结法,用SiO₂溶胶和Al₂O₃溶胶制备的莫来石溶胶制备了莫来石陶瓷,研究了莫来石陶瓷的微波介电特性与烧结致密度之间的关系。研究表明,当莫来石陶瓷的烧结致密度从91.4%升高到97%时,其复介电常数的实部ε从3.85增加到的5.87,虚部ε″从0.04增加到0.11。当添加MgO烧结助剂后,莫来石陶瓷复介电常数的实部和虚部明显升高。将莫来石陶瓷作为吸波材料阻抗变换层,能够大幅度提高材料的吸波性能。这主要是由于采用的莫来石阻抗变换层的波阻抗较高,为156Ω,减小了空气与吸收层界面上电磁波的反射,使更多的电磁波进入了吸收层而被损耗。     

电路模拟吸波材料带宽拓展方法探索

电路模拟吸波材料有一定的频率选择特性,电磁波有效损耗的带宽通常比较窄,通过多层电路屏、掺杂电损耗介质、磁损耗介质层组合、磁电损耗组合的方法,对电路模拟结构吸波材料在2~18GHz区间电磁损耗带宽的拓展进行了初步探索。结果证明:四种方法都能够提高电路模拟吸波材料的有效吸波带宽,并能够不同程度地提高材料的吸波效率。多层电路屏、掺杂电损耗介质的多层电路屏、组合磁损耗介质层的多层电路屏、组合磁损耗介质层和电损耗介质的多层电路屏,其反射率≤-5dB的带宽较单层电路屏的1.2GHz分别增加了6.4、10.6、9.6、10.6GHz,最小反射率分别达到-8、-10、-12、-25dB。     

填充型吸波体阻燃外壳材料的研究

针对现有吸波材料外壳阻燃性能的不足,提出以玻璃纤维为主的新型复合外壳材料,并与聚丙烯空心板制备的方体的反射损耗进行对比。研究结果表明:在保证阻燃性的情况下,在低频下使用此类复合材料整体吸波性能较聚丙烯空心板材料提升了大约5~10 dB,在高频区有所下降,下降约10 dB,具有一定的应用价值。