极端电场环境激励下的VO2相变性能研究与应用

为揭示VXOY薄膜场致相变规律,推广钒氧化物应用于卫星控制系统,指导氧化钒规模制备,将磁控溅射法和真空退火工艺相结合,在Al2O3陶瓷基片上制备出VXOY薄膜,降低了实验对仪器精度的要求,提高了实验的成功率。对基片进行磁控溅射镀膜,在管式炉中进一步氧化处理生成表面均匀的V2O5,然后进行高温退火处理,对不同退火条件下的生成的薄膜进行了XRD表征。测得了电场激励下VXOY薄膜的相变现象,验证了电场激励下焦耳热并非薄膜相变的主导因素;总结了不同组分下VXOY薄膜的相变规律,研究了不同V6O13含量对VO2薄膜临界相变电压的影响规律,可指导VXOY薄膜应用于微纳卫星等极端环境下的设备控制系统。     

外部温度对二氧化钒临界相变电场影响的研究

通过无机溶胶-凝胶法和真空退火工艺在Al2O3陶瓷基片上制备出VO2薄膜,通过在薄膜上施加高电压,并结合温度控制系统的方法,研究相变过程中外部温度对二氧化钒临界相变电场的影响。结果表明:当外部温度从63.5℃增加到66℃时,相变需要的临界电场强度从0.17 MV/m下降到0.065 MV/m;随着外加电场强度由0.075 MV/m增加到0.2 MV/m时,相变临界温度从66℃降低到63.5℃,这说明VO2薄膜的相变存在温度与电场互相调控的现象;其相变行为由温度产生的电子热运动能和外场产生的电势能协同控制,但温度与电场的协同效应并非简单的叠加关系,即外界温度越低,温度对相变电场调控的效果越明显,外部电场强度越低,对相变温度的调控越明显;当外加温度为64~68℃,VO2薄膜相变需要的外部电场强度小于0.1 MV/m,满足智能电磁防护材料的要求。这为VO2薄膜应用于智能电磁防护材料提供可能性。     

铁纤维多层电磁屏蔽材料优化设计

应用强扰动理论及电磁场理论建立了填充铁纤维多层电磁屏蔽材料屏蔽效能与填料尺寸、浓度及各层厚度的关系.基于遗传算法对频带8～18GHz内填充铁纤维三层屏蔽复合材料进行了优化设计,在屏蔽效能不小于35dB、总厚度不超过5mm的优化目标下,得到了各层材料的最佳结构参数配比.算例分析验证了填充铁纤维实现宽带薄层电磁屏蔽材料的可...     

混响室内基于统计特性的屏蔽效能测试

针对传统屏蔽效能定义的测试方法存在的不足,提出了混响室条件下基于统计特性的屏蔽效能测试方法,并从理论上阐述了其优越性。应用仿真软件FEKO对屏蔽体电场强度数据采集方式进行了仿真计算,结果表明选择中轴线采样能够有效反映屏蔽体的屏蔽特性。开发了基于统计意义和多点数据采集的混响室屏蔽效能测试系统,研究了尺寸为800 mm×700 mm×1000 mm的小屏蔽体在不同缝隙尺寸下的屏蔽效能。同时通过对传统定义和统计定义下屏蔽效能重复性测试,结果表明,混响室内基于统计特性的屏蔽效能测试方法相比传统测试手段具有更好的重复性,更加适于工业应用。     

3维编织镀镍碳纤维环氧树脂基复合材料及其电磁防护性能研究(英文)

To develop electromagnetic protection composites with integrated structure -function properties, the three-dimension (3D) braided nickel plated carbon fiber/epoxy resin (Ni-CF3D/EP) composites were prepared based on 3D five-directional braiding, unitary nickel plating and mold compression shaping. The electromagnetic protection properties of Ni-CF3D/EP composites including shielding effective- ness (SE) and reflection loss against plane electromagnetic wave, shielding properties against electromagnetic pulse (EMP) were investigated. The test results show that the novel composites have good electromagnetic protection properties in a wide frequency range of 14 kHz～18 GHz with SE of 42 dB～95 dB, the absorption bandwidth of –5 dB in 2 GHz～18 GHz can reach 10 GHz and the pulse peak SE against EMP is 43.7 dB which can reduce the electromagnetic energy greatly. Meanwhile, the mechanic properties were also investi- gated and the results indicate that the Ni-CF3D/EP composites can replace metal materials for loading-bearing structural applications because of their excellent mechanic properties.     

银纳米线/聚乙烯醇导电复合材料的逾渗特性研究

采用多元醇法制备了长径比约为240的银纳米线(AgNWs),以聚乙烯醇(PVA)为基体、AgNWs为导电填料制备了导电复合材料;基于排斥体积理论和几何相变理论对银纳米线/聚乙烯醇导电复合材料的逾渗阈值进行了分析和预测。结果表明,基于排斥体积理论计算得到的逾渗阈值(0.5816%)小于实际复合材料的实测数据;基于几何相变理论模型对材料逾渗阈值的拟合数据约为1.25%～1.31%,与实验测试得到的复合材料逾渗转变浓度范围一致性较好。因此,利用几何相变理论进行复合材料逾渗阈值和电导率的预测对于AgNWs/PVA导电复合材料的设计、制备及性能评价具有重要的指导作用。     

Ag纳米线/聚乙烯醇复合材料制备及其电磁脉冲响应特性

为研究非线性导电复合材料在电磁脉冲作用下的响应特性,采用多元醇法合成了具有较高长径比的Ag纳米线（AgNWs）,并以聚乙烯醇（PVA）为基体,制备了不同体积分数的AgNWs/PVA复合材料样品。使用功率器件分析仪和脉冲响应测试系统分别测试AgNWs/PVA复合材料的场致非线性导电特性和电磁脉冲响应特性。结果表明,AgNWs/PVA复合材料在一定的体积分数区间内具有优异的非线性导电特性;在阈值电压下,AgNWs/PVA复合材料的电导率迅速增大,电流存在约四个数量级的大幅度的跃变,填充体积分数为1.05vol%的AgNWs/PVA复合材料非线性系数α可达1 959.89。在AgNWs/PVA复合材料的方波脉冲阈值电压附近,脉冲响应测试系统的示波器上输出波形的电压幅值出现了明显的衰减,表明在方波脉冲作用下AgNWs/PVA复合材料的电导率迅速增大。AgNWs/PVA复合材料具有电磁能量的低通特性,在具有信息收发功能的电子设备的强电磁脉冲防护领域具有广阔的应用前景。      

填充片形填料的复合材料屏蔽效能(英文)

To investigate the quantitative relationship between the electromagnetic-shielding property of composites and the distribution of inclusions, a scheme for predicting the shielding effectiveness of composites containing variously-distributed flaky inclusions is proposed. The scheme is based on equivalent parameters of homogeneous comparison materials and the plane-wave shielding theory. It leads to expli- cit formulas for the shielding effectiveness of multi-layered composites in terms of microstructural parameters that characterize the shape, distribution and orientation of the inclusions. For single layer composite that contains random and aligned flaky silver-coated carbonyl-iron particles with fractions of different volume, the predicted shielding effectiveness agrees well with the experimental data. As for composites containing aligned flaky particles,the shielding effectiveness obtained by the proposed scheme and experiment data is higher than that the random case, e.g. about 20 dB higher at 750 MHz. The proposed scheme is a straightforward method for optimizing future composite de- signs.     

基于遗传算法的宽带薄层电磁防护材料研究

针对电磁防护材料需要具有宽频带和低厚度的特点,构造了防护材料的优化目标函数.采用遗传算法对多层防护材料进行优化,在给定屏蔽效能阈值和总厚度限制的要求下,得到了多层匹配后具有良好电磁防护性能的防护材料.