短切碳纤维/环氧树脂复合材料的介电性能研究

以短切碳纤维为填充物,环氧树脂为基体,采用涂刷法制备了碳纤维/环氧树脂基复合材料,研究了短切碳纤维的分布、含量、长度对复合材料的复介电常数的影响。碳纤维在环氧树脂基体中呈二维随机分布,随着碳纤维含量的增加,碳纤维在基体中形成导电网络的能力明显增强。采用波导法测试了复合材料在2.6～18GHz频段内的复介电常数,结果表明,在该波段,复介电常数的实部和虚部都随纤维含量的增大而增大;随纤维长度的增大先增大后减小;并随频率的增大呈现明显的频响效应。     

填料含量对纳米BaTiO_3/环氧树脂复合体系介电性能的影响

通过采用机械共混法制备纳米BaTiO3/环氧树脂两相复合材料和纳米BaTiO3/环氧树脂/炭黑三相复合材料。观试了纳米BaTiO3/环氧树脂两相复合材料的微观形态、介电常数与介电损耗角正切,以及纳米BaTiO3/环氧树脂/炭黑三相复合材料的介电常数与介电损耗角正切,根据微观结构理论、极化理论以及渗流理论分析了纳米BaTiO3填料含量对纳米BaTiO3/环氧树脂复合材料微观形态和介电性能的影响,及导电相炭黑的加入对该复合体系介电性能的影响。     

短切碳纤维含量对Csf/Al2O3复合材料性能的影响

采用热压烧结法制备了短切碳纤维-氧化铝(Csf/Al2O3)复合材料,研究了短切碳纤维含量对该复合材料维氏硬度、抗弯强度及微波介电性能的影响.结果表明,热压烧结可以获得高致密度、高硬度的Csf/Al2O3复合材料.碳纤维的加入降低了氧化铝基体的抗弯强度,但随着碳纤维含量的增加,抗弯强度有增大的趋势,Csf/Al2O3复合材料复介电常数的实部与虚部也显著提高.     

滑石粉涂层复合材料的制备及其介电性能和电导率

以玻璃纤维膨体纱织物为基材,以环氧树脂E44为粘着剂,650低分子量聚酰胺为固化剂,以价格低廉、密度较小的滑石粉为吸波材料,制备了滑石粉涂层复合材料。重点探讨了滑石粉含量及涂层厚度对介电常数和电导率的影响。结果表明制备的滑石粉涂层复合材料具备良好的介电性能。在研究的频率范围内,滑石粉的含量、涂层厚度对复合材料的介电常数实部和虚部、损耗角正切值、电导率的实部和虚部影响较大。     

氧化石墨/钛酸钡/环氧树脂三相复合材料的制备及其介电性能研究

利用浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂制备了氧化石墨, 将其与钛酸钡和环氧树脂复合, 制备了三相复合材料。研究了氧化石墨的添加量对于复合材料介电性能的影响。结果发现在氧化石墨的添加量很少时, 三相复合材料的介电常数显著地高于钛酸钡/环氧树脂两相复合材料, 同时介电损耗仍然维持在较低的水平。钛酸钡/环氧树脂的介电常数为17.7 (20℃, 1 kHz), 当加入3wt%氧化石墨, 介电常数增加到42.6, 介电损耗为0.043。因此该三相复合材料适合用于埋入式电容器的介质材料。最后初步探讨了氧化石墨对复合材料介电性能的影响机理。     

氧化剂对聚吡咯复合材料介电性能的影响

为了探究氧化剂对聚吡咯复合材料介电性能的影响,以吡咯为单体,采用原位聚合法制备了聚吡咯涂层复合材料。通过BDS50介电谱仪研究了氧化剂种类和氧化剂物质的量浓度对复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切、表面电阻的影响;采用Quanta200型环境扫描电子显微镜和Instron万能材料试验机研究了聚吡咯涂层复合材料的外观形貌和强度。结果表明:氧化剂种类、氧化剂浓度对聚吡咯涂层复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切、表面电阻影响较大;制备的聚吡咯涂层复合材料既具备良好的介电性能和导电性,又兼具良好的强度.     

活性碳纤维/树脂复合吸波材料的设计

研究了长度为1—2mm的活性碳纤维的介电特性。发现随频率的增大,介电常数的实部减小,虚部增大,具有频响效应。介电常数的实部和虚部均随复合材料中纤维质量百分含量的升高而增大。依据纤维的介电常数,通过阻抗匹配设计方法,优化设计两层和四层活性碳纤维吸波复合材料。根据优化结果制备了含有四个结构层的吸波复合材料,材料-10dB以下的频带宽度为8GHz,最大反射衰减-39．3dB。     

嵌入式电容器用钛酸钡/环氧复合材料性能的研究

将颗粒尺寸分布较宽的钛酸钡(BT)粉末与环氧树脂采用溶液共混旋涂工艺制备了嵌入式电容器材料,并对该复合材料的显微结构、晶相、热稳定性及介电性能进行了分析.研究表明,该复合材料的介电常数及介电损耗与陶瓷相含量和陶瓷粉末的分散有关;在20～150kHz频率范围内,复合材料介电常数的变化较为稳定,而介电损耗值均在0.036～0.039之间,随频率增大略有增大;受BT粒子的影响,复合材料基体聚合物的有序排列分子结构被破坏,环氧树脂分子链的排列密度降低;BT粉末的加入及BT含量的增加均导致材料体系的固化温度和热分解温度提高.     

柔性聚吡咯/尼龙复合材料介电性能的研究

以尼龙为基布,吡咯为单体,采用原位聚合法制备具有良好介电性能的柔性聚吡咯/尼龙复合材料。首先探讨了吡咯浓度、反应温度、反应时间对复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切、表面电阻的影响;其次研究了其微观形貌。结果表明:吡咯浓度、反应温度、反应时间对聚吡咯复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切、表面电阻影响较大;制备的聚吡咯复合材料具备良好的介电性能和导电性。     

石墨/碳化硅/铁氧体涂层复合材料性能研究

为了开发具备良好介电性能和力学性能的多功能吸波复合材料,以涤纶针织物为基布,以环氧树脂为基体,在基布上进行石墨/碳化硅/铁氧体三层复合涂层整理,制备1.5 mm涂层厚度的柔性纺织涂层复合材料.采用介电谱仪研究了吸波剂的含量对吸波涂层材料介电常数和损耗角正切的影响.鉴于该材料多用于工程领域,采用万能材料实验机测试了该复合材料的拉伸、弯曲、剪切等力学性能.结果表明,该复合材料在低频段具备良好的介电性能,且具备一定的力学性能.     

碳/氧化铝/二氧化硅涂层的介电和吸波性能研究

研究了炭黑或碳纤维填充氧化铝/二氧化硅吸波涂层在X波段范围的介电和吸波性能. 结果表明: 吸波涂层的复介电常数随着炭黑或碳纤维含量的增加而增大. 当吸收剂含量相同时, 填充碳纤维的吸波涂层比填充炭黑的吸波涂层具有更大的复介电常数. 当吸收剂含量大于5wt%时, 吸波涂层的介电常数在低频急剧增加, 且随频率增大而减少, 出现频散效应. 反射率测试结果表明: 吸波涂层的最大吸收峰随涂层厚度的增大向低频移动, 当涂层中炭黑含量为2wt%、厚度为1.8 mm时, 吸波涂层在9.2~12.4 GHz范围内反射率小于-10 dB, 具有较好的吸波效果.     

Electromagnetic characteristic and microwave absorbing performance of different carbon-based hydrogenated acrylonitrile–butadiene rubber composites

Hydrogenated acrylonitrile–butadiene rubber (HNBR) was mixed with carbon fiber (CF), conductive carbon black (CCB) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) to prepare microwave absorbing composites, their complex permittivity was measured in microwave frequencies (2–18 GHz), and their electromagnetic characteristics and microwave absorbing performance were studied. The real part and imaginary part of permittivity of the composites increased with increasing carbon filler loading, showing dependency on filler type. The microwave reflection loss of the composites also depended on the loading and type of fillers. The matching thickness of the absorber layer decreased with increasing permittivity, while the matching frequency decreased with increasing layer thickness. The minimum reflection loss was −49.3 dB for HNBR/MWCNT (100/10) composite, while −13.1 dB for HNBR/CCB (100/15) composite and −7.1 dB for HNBR/CF (100/30) composite. The efficient microwave absorption of HNBR/MWCNT composites is accounted from high conduction loss and dielectric relaxation of MWCNT, and strong interface scattering.     

C/SiO2同轴复合纤维的制备及性能研究

以SiO₂溶胶为壳层,聚丙烯腈(PAN)溶液为芯层,采用同轴静电纺丝法制备了PAN/SiO₂同轴复合纤维. 经过预氧化,炭化处理,得到1μm的C/SiO₂同轴复合纤维. 采用傅立叶红外分析仪(FTIR)、X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)表征了同轴纤维结构和纤维截面形貌,表明利用同轴静电纺丝技术在碳纤维上制备了厚度约20nm的SiO₂涂层. 采用网络分析仪研究了同轴复合纤维的吸波性能,纤维质量分数为20％时,同轴复合纤维介电常数实部和虚部均比未涂层碳纤维低. 根据电磁参数采用RAMCAD软件计算了3mm厚材料反射率,在2～18GHz频率范围内,材料的最低反射率达到-17dB,对应的频率为12GHz,<-10dB的带宽为3.3GHz. 热重(DTA-TG)分析表明同轴复合纤维的抗氧化性能较未涂层碳纤维有所提高.     

碳纳米管/平面各向异性羰基铁复合材料的液相共混法制备及其电磁性能

采用机械球磨法制备了平面各向异性羰基铁（Planar Anisotropic Carbonyl Iron,PACI）,然后通过液相共混法制备了碳纳米管（CNTs）/PACI复合材料。采用同轴法测定CNTs/PACI复合材料在2~18 GHz频段内的复介电常数和复磁导率,研究了CNTs掺杂量对复合材料电磁性能的影响。结果表明：CNTs/PACI复合材料相对于PACI具有更高的复介电常数和衰减常数,随着CNTs质量分数的提高,复合材料的复介电常数和衰减常数逐渐增大,特征阻抗则逐渐减小。CNTs掺杂能够有效提高CNTs/PACI复合材料的吸波性能,通过调整厚度和CNTs掺杂量可以对复合材料的吸波性能进行有效调控。厚度为1.2 mm、CNTs质量分数为2wt%和厚度为1.6 mm、CNTs质量分数为0.5wt%的CNTs/PACI复合材料在Ku波段（12~18 GHz）的反射率均小于-10 dB;厚度为2.0 mm、CNTs质量分数为0.5wt%和1wt%的复合材料反射率小于-10 dB的频带宽分别为5.28 GHz（8.24~13.52 GHz）和5.04 GHz（7.52~12.56 GHz）,覆盖整个X波段（8~12 GHz）。     

碳纤维(碳毡)/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3 GHz,10 dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27 wt%时,在8 GHz~18 GHz 频段获得90 %以上的吸收率。     

微量碳纤维/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平行和正交排布碳纤维复合材料的微波吸收特性，并对碳纤维的吸波机理和吸波性能的影响因素（纤维间距、支数）作了初步探讨。结果表明：碳纤维平行排布吸波材料只在入射电场方向与纤维排布方向平行时具有吸波性能；随纤维间距的减小，其反射衰减曲线的最大吸收峰向高频方向移动；纤维支数增大，吸波性能增强。正交排布碳纤维的吸波性能与纤维的间距密切相关。本实验条件下当纤维间距为8mm时，可获得有效带宽4．7GHz、最大吸收峰值-21．6dB的反射衰减。     

碳纳米管/石英复合材料的电磁波吸收性能

采用溶胶-凝胶法合成了碳纳米管/石英复合粉体, 复合粉体经热压烧结获得致密的复合材料. 在8.2～2.4GHz波段测试了该复合材料的复介电常数, 发现复介电常数随着碳纳米管含量的增加而大幅度提高, 大的介电常数虚部说明该复合材料具有很大的介电损耗. 采用传输线理论计算了该复合材料对电磁波的反射损耗, 发现复合材料在此波段对电磁波具有吸收效果, 并且反射损耗 与复合材料的厚度、碳纳米管体积含量具有密切的关系. 本文还采用了层状设计的方法提高了复合材料的吸波性能.     

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.     

基于高Q腔法测试氮化硅纤维的介电性能

氮化硅纤维具有优异的耐高温性能和透波能力,是理想的高温透波增强材料。本文对高Q腔法测试陶瓷纤维介电性能的样品制备和测试方法进行了研究和优化。研究发现,介电测试试样中纤维含量应不低于20wt%,含量过低易导致计算所得的纤维介电常数偏低;同时短切纤维的长度主要影响介电测试数据的离散性,由长度不大于1.0 mm的短纤维所制试样质量高,介电测试结果稳定性更佳。对比讨论了Lichtenecker、Bruggeman和Looyenga三种介电混合模型的适用性,最终基于Lichtenecker介电常数对数混合法则计算得到石英纤维的相对介电常数与文献报道数据较一致。分析表明,氮化硅纤维在10 GHz频率下的相对介电常数为4.4,损耗角正切值为0.0005,是优异的低介电高透波材料。同时,表面上浆剂通过改变纤维表面极性特征,对氮化硅纤维介电性能尤其介电损耗产生显著影响。      

Fe-Co合金和中空碳纤维吸波材料的吸波特性研究

采用矢量网络分析仪测试了Fe-Co合金/石蜡和中空碳纤维/石蜡复合材料的微波电磁参数,并用电磁参数模拟计算了单层吸波材料的反射率.根据电磁波在损耗媒质中的传播规律,分析了2种吸波材料的吸收机理以及本征阻抗和衰减特性对吸波性能的影响.结果表明,Fe-Co合金吸波材料为吸收损耗型吸泼材料,阻抗越大、衰减越强,吸波性能越好;而中空碳纤维吸波材料则是干涉型吸波材料,需要适当大小的阻抗和衰减才能满足强吸收的条件,且吸收带宽相对较窄.