以中空多孔碳纤维为主体的轻质吸波材料吸波性能研究

根据阻抗匹配原理和电磁波传播规律,以中空多孔聚丙烯腈(PAN)碳纤维为主要吸收剂,分别添加以炭黑、碳纤维和羰基铁粉为吸收剂的匹配层,制备了双层轻质雷达吸波材料,并考察了其吸波性能.结果表明,双层结构设计和不同吸收剂的复合对提高材料的吸波性能起着重要的作用.以羰基铁粉作吸收剂的匹配层比以炭黑和碳纤维作吸收剂的匹配层对提高以中空多孔碳纤维吸波材料的吸波性能更为显著.所制备的材料在厚度为2.90mm,密度为1.28g/cm³时,在4~18GHz频率范围内反射率≤-8dB的带宽为11.42GHz,反射率≤-10dB的带宽为10.90GHz.     

短切中空多孔碳纤维复合材料的吸波性能

以中空多孔聚丙烯腈(PAN)原丝为原料, 通过预氧化处理和碳化处理工艺制备了中空多孔碳纤维, 采用SEM和XRD对其微观结构和晶体结构进行了表征, 并对其吸波性能进行了分析. 研究结果表明, 中空多孔碳纤维是一种非石墨结构的电损耗型雷达波吸收剂; 随着短切中空多孔碳纤维体积分数的提高, 随机分布的纤维/石蜡复合吸波材料的介电常数随之增大; 用所得的电磁参数结果计算了不同厚度材料的反射率, 在2～18GHz频率范围内, 当体积分数为33.30%, 厚度为2mm时, 最低反射率为-21.36dB, 其中<-5dB的反射率带宽为5.17GHz, <-10dB的反射率带宽为2.88GHz.     

多孔层叠宽频吸波材料研究

根据电磁波传输线理论,将传统片状结构吸波材料设计为梯度渐变多孔层叠吸波结构,增加雷达波在涂层中的传输距离和损耗;采用轻质超高导电炭黑和短切碳纤维复合吸收剂技术,将电磁波损耗由吸收剂单一作用扩展到结构/功能填料吸波一体化,吸波材料随厚度的不同可实现在2～18GHz的雷达波反射率-15dB,在26～100GHz的雷达波反射率-20dB,大幅提高材料的宽频吸波性能,为实现雷达隐身材料的"薄、轻、宽、强"提供了新的技术途径。     

复合材料中碳纤维的铺设方式对吸波性能的影响

实验采用东华大学自制的碳纤维作为吸波剂，在基体环氧树脂中平行排列，制备出了吸波复合材料。采用矢量网络分析仪在2~18GHz波段，对复合材料的吸波性能进行测试。结果表明：复合材料的吸波性能不仅与碳纤维含量有关，还与碳纤维在基体中的排列方式有关，当碳纤维含量为3．2％（质量分数）时，吸波复合材料最大反射衰减为-18．64dB，反射率〈-10dB的频率带宽为2．6GHz，同时采用电磁理论对材料的吸收机理进行了探讨。     

碳纤维/羰基铁粉复合涂层吸波效果及机理分析

在碳纤维表面化学镀镍,再将其与羰基铁粉混合制备成吸波涂层,对其吸波性能进行了测试.结果表明:在2～18 GHz内,碳纤维/羰基铁粉吸波涂层,最大吸收峰在5.92 GHz,此时反射率为-8.89 dB,反射率小于-5.00 dB的频宽为9.50 GHz;单层羰基铁粉涂层在相同厚度下,最大吸收峰为7.94 GHz,对应的反射率为-10.36 dB,反射率小于-5.00 dB的频宽为6.90 GHz;碳纤维与羰基铁粉混合后,涂层反射率小于-5.00 dB的频宽增大,有利于吸收雷达波.最后,对碳纤维/羰基铁粉吸波涂层的吸波机理进行了初步分析.     

螺旋形炭纤维的吸波性能

通过气相催化裂解法分别制得了螺径约为4μm、螺距为0.5μm～0.8μm的炭纤维（简称为coils-A）和螺径为20μm左右、螺距为1μm～4μm的炭纤维（简称为coils-B）.以coils-A和coils-B为掺杂体与石蜡制成复合材料在8.2 GHz～124 GHz范围内通过反射传输系统测量其电磁参数,结果表明该等微米级螺旋形炭纤维磁损耗为零,其中coils-B的介电参数的虚部及其损耗正切值tanδε较coils-A的高.分别以coils-A和coils-B为手性掺杂体制得填充有手性材料的夹芯蜂窝板复合材料,研究发现coils-A的吸波效果较好,在10 GHz～15 GHz的范围内对电磁波的反射衰减量大于10 dB,在4.6 GHz～18 GHz 的范围内对电磁波的反射衰减量均大于5 dB,在12.4 GHz时最大的反射衰减量为18 dB,其结果与藉由电磁参数所预测的结果相反.经计算,coils-A的手性参数ξ较大.因此,手性参数ξ对于提高吸波性能的影响大于介电参数ε的影响.     

吸波材料与超材料复合结构吸波性能研究

吸收频带宽、吸收能力强一直是吸波材料研究所致力的目标。在碳纤维布/CIP/环氧树脂结构吸波材料的基础上,复合金属短线网格结构的超材料,利用CST MWS软件的谱域法对吸波材料与超材料的复合结构进行仿真。发现设计合适的金属线间距(a=4 mm)和超材料距表面的复合位置(d=2 mm),能合理调节复合结构的电磁参数,将反射率在2～18 GHz低于-10dB的带宽由3 GHz拓宽至12.4 GHz。     

利用碳纤维毡制备结构吸波材料的研究

将经过表面处理的碳纤维毡和环氧树脂复合, 加入碳黑、金属粉末、铁氧体等填料制备出一种新型结构吸波材料。该材料面密度小于5. 2 kg/m2。在8～ 18 GHz 波段最大反射衰减为- 13. 37 dB, 反射率小于- 10 dB 的频率带宽接近于雷达工作的全频带, 达到了实用水平。采用电磁散射理论对材料的吸收机理进行了探讨。      

尖锥型结构宽频吸波材料设计

基于吸波材料阻抗匹配的要求,设计了一种尖锥型吸波结构.该吸波结构是由一系列圆锥阵列排布在基板上组成.以尖锥的夹角和在尖锥表面涂覆导电涂层的方阻为参数,利用数值方法分析得到在尖锥夹角为15°、表面方阻为200Ω/sq时,在较宽频带范围内吸波性能优良.利用设计参数制备得到的尖锥型吸波材料的反射率测试结果表明:在设计参数条件下,吸波材料在2～18 GHz频率范围内,反射率低于-10 dB的带宽为14.4GHz,反射率低于-20 dB的带宽为13.3 GHz,最强吸收峰在7 GHz处,吸收峰强度为34.2 dB,尖锥型结构吸波材料具有宽频带强吸波效果.     

宽频带橡胶复合铁氧体电磁波吸波材料研究

采用M型六角晶系铁氧体材料与橡胶复合构成宽频带、薄型电磁波吸波材料。介绍了材料配方、制备工艺与特性。用弓形法，在2～18GHz频率范围研究了这种复合吸波材料的反射率特性，通过合理组合成复合吸波材料，当总厚度为20mm时，可在2～18GHz频率范围实现反射率≤-10dB。     

双层吸波材料吸波特性研究

依据阻抗匹配原理与电磁波传播规律,设计了具有阻抗渐变结构的双层吸波材料。实验表明,匹配层对提高吸收率起着重要作用;需精确控制其电磁参数与厚度,以实现吸波效果;随着匹配层电磁参量增大,匹配厚度减薄。电介质材料质量一般较轻,磁介质材料损耗较大,将两者复合构成的双层吸波材料,具有面密度低、兼有电损耗与磁损耗的优点。经测量1#、2#材料在8～18GHz反射率<-10dB,3～6#材料在-8dB以下,具有一定的实用价值。     

羰基铁粉吸波涂层的优化设计

研究了以羰基铁粉为吸收剂的吸波涂层的轻型化问题.以石蜡为粘合剂,制备了不同羰基铁粉含量的吸波材料,测试了其电磁参数.利用完全枚举法对羰基铁粉吸波涂层进行了优化设计,设计中引入了面密度指标.满足X波段反射率小于-10dB的带宽大于3.9GHz的涂层最小面密度为5.49kg/m2.分层使涂层面密度下降的效果不明显,羰基铁粉吸波涂层宜采用单层形式,增大羰基铁粉在涂层中的含量有利于减轻面密度.     

碳纤维/铁硅铝复合材料的低频吸波性能

为获得吸波性能良好的吸波材料,将电阻型吸波剂碳纤维和磁损耗型吸波剂FeSiAl片状磁粉复合,以石蜡为基体,利用模压法制备出复合材料。采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对单一吸波剂进行了测试分析。结果发现,片状FeSiAl磁粉的粒度在数十到几百微米之间;碳纤维表面留有活性物质,截面处能看到皮芯结构;XRD衍射图谱中,FeSiAl呈现出bcc结构。对复合吸波材料的电磁参数进行测量对比,结果表明,FeSiAl片状磁粉在1~3GHz内的最佳反射率达到-40.7dB,有效吸收频带宽度约为0.5GHz;当加入长度等于4mm,含量为0.4%(质量分数)的碳纤维时,碳纤维/铁硅铝复合材料吸波性能最佳,其反射率为-49.6dB,有效吸收频带宽度为1.0GHz;FeSiAl片状磁粉平行于吸波片表面排列时,材料的反射率减小,吸波性能增强。     

羰基铁/三元乙丙橡胶复合材料的吸波性能

为了探明吸波材料的厚度、吸收剂的含量与吸波性能之间的关系,以羰基铁为吸收剂、三元乙丙橡胶为基体制备了复合橡胶吸波材料,采用矢量网络分析仪研究了在2.6~18 GHz范围内羰基铁含量和吸波材料厚度对吸波性能的影响,并利用电磁理论分析了吸波材料的吸波性能.对于3 mm吸波材料,当羰基铁体积分数为45%时,在3.5 GHz处其反射率的最小值达-21.7 dB;在羰基铁含量一定的条件下,微波吸收性能与吸波材料的厚度并不成正比关系,当厚度<2 mm时,吸波材料的吸波效果较差;当厚度>2 mm时,随着吸波材料厚度的增加,最大吸收峰的位置向低频移动,并且最大吸收峰的峰值和指定反射率的频率带宽也呈减小的趋势.在相同厚度下,随着羰基铁含量的增加,吸波材料在电磁波吸收峰处的反射率不断减小,而且吸波材料吸收峰的位置也向低频移动;输入阻抗与空气阻抗越接近,吸波材料的吸波性能越好.     

三层雷达吸波涂层的吸波性能研究

依据阻抗匹配原理制备出一种三层雷达吸波涂层,并研究了其吸波性能.结果表明:多层结构设计对提高涂层的吸波性能起着重要作用.所制备的吸波涂层在8～18GHz频段范围内反射率小于-10dB的带宽达6.0GHz,涂层厚度为1.20mm,面密度为2.80kg/m2.     

中间相沥青基碳纤维镀镍制备吸波材料

为制备中间相沥青基镀镍碳纤维,本文对比研究了电磁搅拌法和超声波法两种镀镍工艺,结果表明,两种工艺均可制备出表面镍含量较高的碳纤维,但超声波法制备的镀镍碳纤维的连续性优于电磁搅拌法,适合后续结构型吸波复合材料的制备。对镀镍碳纤维的电磁性能的研究发现,镀镍后碳纤维的电损耗参数下降,磁导率提高,利于低频带吸收。利用中间相沥青基镀镍碳纤维制备出树脂基复合材料,对其吸波性能进行测试,研究结果发现:以镀镍纤维层间全平行排布铺层制备的复合材料与未加镀镍碳纤维的相比,同时提高了在低频带和高频带的吸波效果,在14.88GHz吸收峰峰值为-27.62dB,低于-5dB的累积频宽约为14GHz,低于-10dB的累积频宽约为6.5GHz,吸波效果明显。     

双层结构型吸波复合材料的制备与吸波性能研究

依据传输线理论和阻抗匹配原则,设计并制备了一种以磁性金属微粉为面层、多壁碳纳米管为底层、玻璃纤维布为环氧树脂基体增强体的低频段双层结构型吸波复合材料。采用透射电镜和扫描电镜对多壁碳纳米管和磁性金属微粉的微观形貌进行了表征,采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了材料在2～18GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率,采用弓形法测试了复合材料在2～8GHz扫频范围内的反射率特性。研究表明,该双层结构型吸波复合材料在低频S波段具有良好的吸波效果,当其匹配厚度为dm=4.0mm时,最大吸收峰在3.08GHz时达到-17dB,反射率小于-10dB的频宽为1.82GHz。     

羰基铁和FeSiAl共混制备宽频吸波材料

为提高材料在低频段(1～4GHz)下的吸波性能和拓宽吸波频带,选择羰基铁和FeSiAl颗粒作为吸收剂、石蜡作为粘结剂制作吸波材料,采用矢量网络分析仪测试材料的电磁参数,并在给定厚度(0.5和1mm)下分析吸波材料的吸波性能。随着质量添加比的增加,两类材料的介电常数和磁导率均升高,添加比相同下含FeSiAl颗粒吸波材料在1mm厚时具有优异的低频吸波性能(-8.6～-1.2dB),而高频段(14～18GHz)时不及羰基铁(-16.0～-10.1dB);两类颗粒共混后,通过改变FeSiAl颗粒的含量能获得具有良好低频吸收性能(-4.5～-1.1dB)和宽频带(<-4dB频带为3.8～18GHz)的吸波材料。该结果对于通过混合其它优良低频和高频吸波材料以获取宽频带的吸波材料具有指导意义。     

螺旋形碳纤维手性吸收剂的制备及其生长过程研究

用基板法以乙炔为碳源，镍板为催化剂，PCI3为助催化剂，通过化学气相沉积制备螺旋形碳纤维手性吸收剂，反应设备为卧式气相沉积炉。制备的工艺参数为：反应温度650~700℃，氩气流量20~40ml／min，乙炔气流量20~30ml／min，氢气流量50~70ml／min，PCI3流量为0．03～0．05ml／min。为了研究螺旋形碳纤维的生长过程和生长机理，详细研究了螺旋形碳纤维不同生长阶段的微观结构和形貌，探讨了螺旋形碳纤维的生长机理，螺旋形碳纤维是一种非常有发展前景的手性吸收剂和吸波材料。     

羰基铁粉/聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯胺复合吸波剂的制备与性能

以苯胺(ANI)、羰基铁粉(CIP)和甲基丙烯酸甲脂(MMA)等为原料,采用化学氧化法和原位复合技术制备了掺杂态聚苯胺(PANI)、羰基铁粉/聚甲基丙烯酸甲脂(CIP/PMMA)和羰基铁粉/聚甲基丙烯酸甲脂/聚苯胺(CIP/PMMA/PANI)吸波剂,用XRD、SEM、TEM表征了吸波剂的结构与形貌,通过矢量网络分析仪测定吸波剂的电磁参数表明CIP/PMMA/PANI复合吸波剂既有电损耗又有磁损耗。在2～18 GHz频段内,材料厚度为1.0 mm时,计算出其最小反射率达-11.26 dB,反射率小于-10 dB的带宽为9.2 GHz、小于-8 dB的带宽达14 GHz,计算结果表明该复合吸波剂具有良好的宽频吸波性能。