轻骨料水泥基多功能吸波材料的制备及有限元分析

为分析轻骨料种类及粒径对吸波材料性能的影响,采用五种从微米级至毫米级粒径的轻骨料制备了轻质水泥基吸波材料,测试其电磁参数和反射损耗(RL),采用有限元分析方法构建了二维截面模型,模拟吸波材料内部电磁场分布情况,并测试了吸波材料的力学性能和导热系数。结果表明,增加轻骨料掺量和增大粒径可改善水泥基材料的阻抗匹配性能,提升平均RL,拓宽有效吸波频宽,吸收峰向高频移动。20 mm厚度时,吸波材料在低频1.2 GHz处最优RL为-29.1 dB,在较高频5.9 GHz处最优RL为-20.9 dB,有效吸波频宽最宽可达14.49 GHz。有限元模拟结果表明,轻骨料可改变电磁波传输方向,增加电磁波损耗途径,相邻骨料之间可产生较强损耗,其次是在骨料内部产生损耗,这为骨料种类、粒径选择与轻质吸波材料设计提供理论基础。增大轻骨料粒径会降低吸波材料的密度、力学强度与导热系数,使其吸波效能更好,保温效果更优。     

吸附钡铁氧体的多孔陶粒吸波材料制备及其性能

以硝酸铁、硝酸钡、柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法合成钡铁氧体溶胶,将其吸附于多孔陶粒表面和微孔中,经焙烧制备得到电磁吸波功能陶粒;再将该功能陶粒用作集料制备新型水泥基复合吸波材料。研究了合成的钡铁氧体的物相、形貌、复介电常数和复磁导率;结果表明合成的钡铁氧体纯度高,合成温度对其结晶度和晶体形貌有影响,经1000℃煅烧制得的钡铁氧体具有良好的吸波能力;对制得的功能陶粒进行了测试,结果表明钡铁氧体能包覆至陶粒表面和孔壁上;采用弓形法测得的功能陶粒水泥基吸波材料在8~18GHz频率范围内的电磁波反射率明显优于采用碎石和普通陶粒制备的试样。     

羰基铁粉改性环氧树脂/乙基纤维素微胶囊的吸波性能

以羰基铁粉为吸波剂用溶剂蒸发法制备出环氧树脂/乙基纤维素微胶囊,使用矢量网络分析仪、激光粒度分析仪、ESEM-EDS和FTIR分别表征了微胶囊的吸波性能、粒径分布、颗粒特性以及化学结构。结果表明：羰基铁粉嵌入乙基纤维素中物理结合成微胶囊壁材,羰基铁粉提高了微胶囊的吸波性能。羰基铁粉的粒径越小与电磁波相互作用的面积越大,微胶囊的吸波性能越好。频率为18 GHz时,未掺羰基铁粉的微胶囊电磁波反射损失为-1.63 dB,而掺入粒径为3 μm和0.5 μm羰基铁粉(掺量50%)的微胶囊电磁波反射损失分别为-5.08 dB和-5.44 dB,分别降低了3.45 dB和3.81 dB。掺入粒径为0.5 μm羰基铁粉的微胶囊不团聚,其微观形貌更好。     

六角晶系钡铁氧体与锶铁氧体吸波性能的比较

采用柠檬酸盐溶胶一凝胶法制备了六角晶系钡铁氧体BaFe12O19与锶铁氧体SrFe12O19.采用XRD、AFM、TEM研究了产物的粒形、粒径与矿物组成.结果表明,铁氧体的平均粒径为50nm.采用网络分析仪分别测试了0.1～6GHz内铁氧体的介电常数、磁导率与12～18GHz内吸波涂层的微波损耗.结果表明,钡、锶铁氧体的介电常数虚部形态与损耗角正切形态基本相同,但钡铁氧体在较宽的频率范围内具有较多的损耗角正切峰值,钡铁氧体的吸波性能优于锶铁氧体.     

双层水泥基吸波材料制备及性能研究

以膨胀珍珠岩作为阻抗匹配层,以碳纳米管和铁氧体作为吸波剂制备双层水泥基吸波体,采用RCS法(radar cross section)研究水泥基吸波材料的吸波性能。实验结果表明,匹配层的透波率随着膨胀珍珠岩掺量的增加而增大,在8~18GHz频率范围内,掺有20%膨胀珍珠岩试样透波率介于20%~60%之间;以膨胀珍珠岩的水泥浆体作为匹配层制备的双层水泥基材料,其吸波性能要优于相同厚度单层吸波材料;当匹配层中膨胀珍珠岩掺量增加时,吸波性能也随着增加;以0.15%碳纳米管和10%FP型铁氧体作为复合吸波剂制备吸波层,具有优异的吸波性能,并且匹配层与吸波层的最佳厚度比为3∶1;而当吸波层复掺0.75%碳纳米管和30%FP型铁氧体时,双层吸波材料的吸波性能比相同厚度单层吸波材料要差,匹配层与吸波层的最佳厚度比为1∶3,试样反射率的峰值为-31.0dB,低于-7dB的带宽达10.6GHz。     

电磁屏蔽机理及轻质宽频吸波材料的研究进展

随着智能通信系统、无线网络设备、电子探测设备等技术的发展,空间电磁波辐射对仪器设备的影响不断增大,电磁波屏蔽技术在电磁兼容(EMC)、抗电磁干扰(EMI)设计、飞行器隐身等方面有了越来越广泛的应用。目前,以铁氧体、碳化硅、石墨为代表的传统吸波材料普遍存在着吸收频带窄、吸收性能弱等缺点,一般通过掺杂改性的方法来提高其吸波性能,但得到的吸波层厚度较大,吸波效果不够理想,同时增加了设备质量,也无法达到飞行器减重的目的。近年来,以纳米吸波材料、复合型导电聚合物、石墨烯吸波材料以及超材料为代表的新型轻质宽频吸波材料得到了越来越多的关注。电磁波屏蔽机理主要基于电磁波的反射与吸收,大量的研究结果表明,与电磁波能量衰减相关的参量,如吸收频率、吸收厚度和吸收带宽,与吸波材料的成分和微观结构有着密切的联系。为了得到轻质宽频电磁波吸收材料,一方面电磁波应通过介质表面尽可能多地进入到材料内部,这需要材料具有良好的空间阻抗匹配性;另一方面,进入到材料内部的电磁波应尽可能多地衰减,转化成热能或其他形式的能量,这需要吸波材料具有较高的电损耗或磁损耗。铁氧体吸波材料在低频下具有良好的阻抗匹配性,但在高频波段,磁滞效应和涡流效应都随之减弱,可以通过元素掺杂、制备纳米材料或表面处理技术来改善其吸波性能。金属磁性材料由于晶格结构比铁氧体简单,且没有铁氧体中磁性次格子磁矩的相互抵消,理论电磁波吸收值高于铁氧体,纳/微米结构金属磁性材料成为新一代轻质宽频吸波材料。导电聚合物作为吸波材料可以使产品的质量极大降低,通过改性的方法使其具备可调的电导率和介电常数,而添加金属、金属氧化物或碳纤维能够有效提高导电聚合物的阻抗匹配性。碳基电磁波屏蔽材料具有质轻、耐腐蚀和易加工等优点,石墨烯吸波材料通过改进其自然共振、异质结构界面、电磁耦合来增强电磁损耗,成为轻型超薄吸波材料的代表。超材料吸波结构通过对组成单元的结构和排布控制,在较宽频率范围内实现了对电磁波的吸收。轻质宽频吸波材料不仅具有重要的军事应用价值,在民用电磁干扰防护方面也具有广阔的应用前景。本文从不同的电磁屏蔽机理及材料本征特性出发,对不同种类的新型宽频吸波材料进行了综述,研究了不同吸波体的电磁波吸收性能与微观结构的关系,对实现其轻质宽频吸收的作用机理进行了介绍,为制备性能优异的吸波材料提供了理论技术支持,为发展新一代高性能电磁波吸收材料提供了研究思路。     

基板对自反应喷射成形技术制备锰-锌铁氧体片状吸波剂的影响

研究了自反应喷射成形技术制备片状吸波剂的可行性以及基板材质对制备片状吸波剂微观结构及电磁性能的影响。以Fe+MnO₂+Fe₂O₃+ZnO为反应体系,选取了石墨、黄铜和钨铜3种材质基板,基于自反应喷射成形技术原理制备锰-锌铁氧体片状吸波剂,进行自反应喷射成形实验,采用XRD、SEM分析获得的片状吸波剂的形貌、物相和微观结构,选用矢量网络分析仪测试片状吸波剂的电磁性能。结果表明:只有当黄铜作为基板时才能够得到较明显的锰-锌铁氧体片状吸波剂,并且黄铜作为基板的片状吸波剂的电磁波吸收强度和吸收带宽均强于其余2种,说明基板的选择对自反应喷射成形法制备片状吸波剂无论是在微观结构方面还是在吸波性能方面都会产生较大影响。      

电磁屏蔽机理及涂敷/结构型吸波复合材料研究进展

电子产品和通讯技术快速发展造成的电磁污染日益严重,既危害人体健康和仪器仪表精度,又会造成信息泄露、失去安全保障等.因此,电磁屏蔽技术为直接有效的防控措施之一,通过衰减甚至完全消除电磁波来阻止电磁波的传递.电磁屏蔽机理包括电磁波反射和电磁波吸收两个方面,科学地设计制备出高性能的吸波复合材料已成为研究的热点问题之一.研究结果表明,电磁波衰减不仅需要吸波材料自身较好的电磁损耗性能,更需电磁波能够基于自由空间与基体材料间具有阻抗匹配特性,有效进入吸波材料内部,使电磁波能被吸波剂高效吸收.通常,按照制备工艺划分,吸波复合材料可分为涂敷型和结构型吸波复合材料两大类.前者是将吸波剂与涂料、粘合剂等充分混合后涂敷于元件表面作为吸波涂层,而后者则是以吸波剂作为功能载体,具有优良物理化学特性的材料作为基体,并与功能载体产生协同或增强作用的新型吸波复合材料.本文通过对电磁屏蔽理论及吸波材料的本征特性进行系统的总结归纳,并基于相关理论基础对涂敷/结构型吸波复合材料进行简要综述,对比不同类型吸波材料的吸波性能,探讨涂敷/结构型吸波复合材料未来发展的制约因素及今后发展前景,为开发新型吸波复合材料提供理论支撑和研究思路.     

铁氧体与水泥复合吸波材料的研究

以碳酸锰、氧化锌和氧化铁为原料,经球磨、煅烧得到锰-锌铁氧体,然后与水泥复合制得水泥基复合吸波材料,研究铁氧体吸波剂掺量、胶凝材料品种和试样表面形状对复合材料吸波性能的影响及其力学性能.结果表明:铁氧体在水泥材料中较稳定,其用量和复合材料的表面形状对吸波性能均有较大程度的影响;在8～12.5GHz频率范围内,掺35%铁氧体的水泥基复合材料的反射率基本上都＜-6dB,而粗糙面试样的反射率均＜-7dB,最小反射率达-10.5dB;其28d强度与纯水泥样品相比约有下降.     

铁氧体Ba(Zn_(1-x)Co_x)_2Fe_(16)O_(27)/环氧树脂复合材料吸波性能

采用化学共沉+高温助熔工艺制备了铁氧体Ba(Zn(1-x)Cox)2Fe16O27粉体,然后用模压法制备了铁氧体粉体/环氧树脂复合材料板,采用同轴电缆法测定了复合材料的电磁参数。研究表明,随着铁氧体中Co含量增加,铁氧体主相由BaZn2Fe16O27转变成Ba-Co2Fe16O27,材料磁损耗逐渐加强,复合材料与空气的电磁匹配特性在频率低于12GHz时较好。然后将M-玻璃纤维/环氧树脂复合材料置于铁氧体粉体/环氧树脂复合材料前端组合成多层复合材料结构,复合材料板与空气的电磁匹配性能和吸波性能都有很大提高。数据如下:当复合材料结构中x=0.75铁氧体吸波层厚度为2.0mm,结构总厚度5.3mm时,复合结构反射系数R的绝对值在2～8GHz时4dB、在8～18GHz时10dB的吸波性能。