水泥基吸波材料的性能研究及微观分析?

通过双层设计使水泥基吸波材料尽可能与空间波阻抗相匹配,同时具有良好的电磁波损耗特性,实验测试了水泥基吸波材料的吸波与力学性能,并对吸波材料进行了微观分析.研究结果表明,水泥基吸波板在2~18 GHz频率范围内低于－10 dB的有效带宽分别为3．7和10．8 GHz,水泥基吸波材料的力学性能优于基准材料,掺入0．5％碳纳米管可有效提高水泥净浆的抗压强度.     

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。     

螺旋型非晶态碳纳米管/双马来酰亚胺树脂(HACNT/BMI)复合材料的制备及吸波机理

新型电磁波吸收材料是国防科技中的研究热点和重点,碳材料作为一种轻质吸波材料受到研究者们的广泛重视.本研究利用浮动催化化学气相沉积法制备螺旋非晶碳纳米管,以螺旋非晶碳纳米管作为吸波剂,双马来酰亚胺树脂作为基体制备了螺旋非晶碳纳米管/双马来酰亚胺树脂吸波复合材料.采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪等设备对样品进行微观形貌和结构表征,通过矢量网络分析仪测试其电磁参数.实验结果表明,吸波剂含量的增加增强了螺旋非晶碳纳米管/双马来酰亚胺树脂复合材料的吸波性能,其最大吸收峰值可达-18.35 dB,最大吸波频宽(<-10 dB)为2.56 GHz(9.52～12.08 GHz),反射损耗超过97％,且吸收峰向低频方向移动.螺旋非晶碳纳米管因其特殊的螺旋型结构极大地增加了电磁波反射概率和散射波程,增大了入射电磁波能量损耗.     

三维织物石膏基微波吸收材料的制备及性能

采用浸渍工艺在三维织物表面包覆炭黑,并将其与石膏复合制备石膏基微波吸收材料。利用弓形反射法测试了该复合材料在2~18GHz内的吸波性能,结果表明吸波性能随炭黑含量的增加而增强,三维织物的最佳厚度为6mm。三维织物厚度为6mm、乙炔炭黑含量为24%的复合材料在2~18GHz内对电磁波的反射损耗均低于-5dB,最低反射损耗可达-28.3dB。三维织物的特殊结构不仅能够有效改善材料的阻抗匹配,还能够增加材料的电磁波损耗路径,从而达到增强损耗能力、拓宽吸波频宽的目的。此外,三维织物还能够明显增强石膏基材料的抗折性能。     

含铁氧体陶粒骨料电磁波损耗模型与性能研究

基于Mie理论建立了铁氧体负载于陶粒表面的包覆型骨料和铁氧体均匀分布于陶粒内部的混合型骨料的电磁波损耗模型,研究了吸波剂掺量、骨料粒径和入射波频率的变化对两种骨料电磁波损耗性能的影响.结果表明:(1)当吸波剂掺量为20％、粒半径为5～7.5 mm、入射波频段为8～18 GHz时,两种含铁氧体陶粒骨料的电磁损耗能力较好;(2)对比分析两种骨料在不同吸波剂掺量、粒径和入射波频率时的电磁损耗情况后可知,混合型骨料具有更好的电磁波损耗性能和更宽的高损耗频带.     

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;需精确控制其吸波剂含量,以实现吸波效果.经测试:4#试样厚度为6mm,测试频段为8-18GHz,最大吸收峰值在14.1GHz(R=-28.14dB),R＜-10dB的频宽为6.7GHz;7#试样厚度为5.5mm,最大吸收峰值在9.6GHz(R=-27.48dB),R＜10dB的频宽为8.6GHz,R＜-15dB的频宽为7.6GHz;8#试样厚度为6mm,最大吸收峰值在16.8GHz(R=-24.24dB),R＜-10dB的频宽为8.6Hz.该结果具有一定工程应用价值.     

多元助剂改性羰基铁粉雷达波低频吸波性能研究

采用三种处理剂对羰基铁粉样品进行表面复合改性,研究了多元助剂对羰基铁粉样品表面改性后的微观结构及电磁参量的影响。结果表明,多元助剂的使用使羰基铁粉表面形成了一层致密的有机绝缘薄膜,能有效降低羰基铁粉的复介电常数,增加复磁导率虚部,提高吸波材料的电磁匹配性能,改善吸收剂的低频吸收效果。根据传输线理论计算吸波材料的反射损耗(Reflection loss,RL),在厚度为2mm时,三元助剂改性羰基铁粉的反射损耗峰值在2GHz附近达到-15dB,在RL-10dB的有效吸收频宽为1GHz(1.6~2.6GHz),具有较好的雷达波低频吸波性能。     

磁功能化多孔生物质炭复合材料的制备及吸波性能

采用高温炭化和水热法制备了兼具介电损耗和磁损耗特性的磁功能化生物质炭(Fe_3O_4/多孔生物质炭)吸波材料。在200℃水热条件下,随着FeCl_3浓度的增加,PLSC表面生成的聚集态Fe_3O_4纳米晶粒有所增加,颗粒大小规整,平均粒径约为200 nm。通过矢量网络分析仪探讨了磁材料含量、复合材料的形貌结构对吸波性能的影响,并分析了多重损耗吸波机理。结果表明,在2～18 GHz范围内,当FeCl_3浓度为4 mmol时制备的磁功能化生物质炭复合吸波材料具有最佳的吸波性能,在厚度为2 mm时,其在11.42 GHz处的最大反射损耗值可达-42.2 dB,有效频宽达3.14 GHz (反射损耗小于-10 dB)。     

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。     

碳线圈阵列的无催化剂制备与微波吸收性能

轻质高性能碳基吸波材料的高效低成本制备是一个巨大的挑战。研究以生物质体内的维管束为模板，在无催化剂条件下成功制备了一种新型碳微米线圈阵列吸波剂。这种碳微米线圈阵列由碳微米线圈取向排列而成，包含有大孔通道、螺旋狭缝孔以及表面微孔构成的分级多孔结构。这种独特的多孔阵列结构体现了良好阻抗匹配性，有利于入射电磁波充分进入吸波体内部，增大电耦合和磁耦合作用面积，同时增加电磁波的反射和散射损耗路径，有利于电磁波吸收损耗。碳线圈表面富氧官能团提高了丰富的极化中心，增强了微波吸收的极化损耗。吸波性能结果表明，碳微米线圈阵列是一种轻质、强吸收的微波吸收体，在填料比为10%(质量分数)时，其最大有效吸收带宽(f_e)可达5.5 GHz;而填料比为15%(质量分数)时，最大反射损耗(RL_min)为-45.09 dB。这种维管束基碳线圈阵列的无催化剂制备方法可以在其他生物质中应用。     

多壁碳纳米管电磁参数的研究和吸波性能模拟

系统地研究了不同管径类型的多壁碳纳米管在2～18GHz的电磁参数性能,结果表明多壁碳纳米管没有磁性,而且磁损耗也很小;部分碳管的介电常数实部和虚部随管径的增大而增大,而随频率的增加而减小,20～40nm和40～60nm的CNTs在一定频段范围内介电常数的虚部大于实部,使得其损耗角正切大于1,有利于吸波性能的提高.同时对其吸波性能进行了计算机模拟和分析,结果表明,在2～18GHz范围内,当吸波层厚度设为1mm时,20～40nm的碳管复合物在10dB以上频宽可以达到7GHz,最大损耗峰出现在12.4GHz上,对应值为16.52dB,为实现吸波涂层的"宽、薄、轻"具有一定的理论指导意义.     

膨胀石墨基纳米镍、铁、钴化学镀制备复合吸波材料

为了获得薄、轻、宽、强等性能理想的吸波材料,采用化学镀的方法在膨胀石墨表面镀覆纳米镍、镍钴、镍铁钴,制备了复合吸波材料.SEM和EDs分析证实,膨胀石墨表面镍层、镍钴层、镍铁钴层的镀覆厚度约为70～150 nm.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了复合吸波材料在2～18 GHz内的复介电常数(ε=ε'-jε")和复磁导率(μ=μ'-jμ").用吸收屏理论公式计算了反射率损耗(R.L)、匹配频段(fm)及匹配厚度(dm).结果表明,当dm=0.3 mm时,镀覆镍铁钴层的复合吸波材料最低的反射损耗达-28 dB,对应的fm=13.5 GHz,R>L<-10 dB时频宽达7.5 GHz.本法制备的复合吸波材料符合"轻、薄、宽、强"的现代要求.     

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。     

电磁波吸收剂BaTiO_3/MWCNT及其与PAN杂化纤维的制备与性能研究

采用溶剂热法制备出一种包含BaTiO_3和多壁碳纳米管(MWCNTs)的复合吸波剂.通过透射电镜分析吸波剂的形貌发现:粒径为15～30 nm的BaTiO_3颗粒均匀地包覆在MWCNTs的外壁.电磁波吸收性能分析表明:BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂的反射损耗(RL)要大于BaTiO_3和MWCNTs,这是由于其有更好的阻抗匹配和更高的复合磁导率.当单层材料的计算厚度为2mm时,BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂的RL在9.6～13.1 GHz的频段中超过了-10dB,同时在10.4 GHz处达到最大值-37.5 dB.为了研究BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂与聚丙烯腈(PAN)基体的相容性和其杂化纤维的可纺性,采用静电纺丝成型制备吸波剂含量为10wt%的PAN杂化纤维.通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析发现:BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂成功与PAN纤维杂化,吸波剂的结构在成型过程中没有变化,吸波剂的添加并未影响纤维形貌.     

粉煤灰在水泥基材料中吸波性能的探索

为了研究粉煤灰在水泥基材料中的吸收电磁波性能,将Ⅲ级粉煤灰掺入水泥净浆中,制成厚度为15～30mm的试样,分别进行吸波性能测试.结果显示,粉煤灰在16GHz附近有一个14.5dB的吸收峰;掺入粉煤灰的水泥净浆,在低频率区1～4GHz范围内,有6～10dB的吸收峰;在高频率区4～18GHz内,一般只有4～6dB的吸收峰.掺量为30%、厚度为30mm的试样在17GHz附近有一个8.5dB的吸收峰.     

吸波剂用量对雷达吸波涂层吸收性能的影响

采用铁氧体、电阻型和电介质型物质作为吸波剂,制备出了具有阻抗渐变结构的三层复合雷达吸波涂层,探讨了表层、中层和底层吸波剂用量对吸波性能的影响.实验结果表明:增加表层、中层或底层吸波剂含量,均能使吸波性能曲线向低频端方向移动,反之,吸波性能曲线向高频端方向移动;选择适当的吸波剂用量才能拓宽、加深涂层的吸波性能.制备的试样中反射损耗可达-18.78dB和-33.15dB,其小于-10dB的频宽分别为4.08GHz和2.68GHz.     

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.     

用于电磁波吸收的碳纳米管水泥基复合材料

采用弓形法对多壁碳纳米管(MWCNTs)水泥基复合材料的吸波性能进行了实验研究。结果表明,当MWCNTs掺量为0.6%(质量分数)时,厚度为25mm的试样在2.9GHz处获得最强吸收峰值-28dB,并能够在2～8GHz范围内对出现在吸收峰值附近的电磁波进行充分吸收;厚度为35mm的试样在8～18GHz表现出良好的宽频吸波性能。当MWCNTs掺量为0.9%(质量分数)时,水泥基复合材料在8～18GHz低于-10dB的带宽达到7.1GHz。力学强度测试结果表明MWCNTs在一定掺量范围内改善了水泥基材料的力学强度,但掺量的继续增大会导致力学强度的下降。MWCNTs掺量为0.9%(质量分数)的水泥砂浆抗压强度为60.2MPa,抗折强度为10.2MPa,虽然较空白试样有所下降,但仍有较高的力学强度。     

Fe_xNi_(1-x)合金粉的制备及吸波性能

采用草酸盐沉淀-前驱体热分解法制备不同成分的Fe_xNi_(1-x)(0x1)合金粉。采用XRD和SEM分别测试前驱体和合金粉的物相结构与形貌。结果表明:随着Ni含量增大,前驱体物相由FeC_2O_4·2H_2O逐渐向NiC_2O_4·2H_2O转变,形貌由短棒状向立方体、多面体转变。Fe_xNi_(1-x)合金粉的几何外形与前驱体基本一致,但结构上呈多孔状,且粒径变小。Fe_xNi_(1-x)合金粉的物相结构随其成分变化,由富铁的bcc结构向富镍的fcc结构转变。测试不同成分Fe_xNi_(1-x)合金粉与石蜡复合物的电磁参数,并计算其吸波性能,Fe0.5Ni0.5具有最大的电磁损耗能力,厚3.0mm时在6.82GHz处具有最小反射损耗RL,为-52.58dB。Fe0.6Ni0.4具有最大有效频宽,厚1.5mm时反射损耗小于-10dB的有效频宽达4.02GHz。     

二茂铁高分子磁性吸波剂的结构与电磁性能研究

合成了二茂铁酰腙型金属(Mn、Fe、Co)配位的高分子吸波剂(OPA-M),研究表明,OPA-M取代基为共轭体系较大的联苯基,配位金属为Mn时,它的最大的反射衰减量(R)为-15dB(6.9GHz),R＞-10dB的频宽4.2GHz(5.8～10.0GHz).另外,OPA-Mn含3%炭纤维的复合吸波材料最大反射衰减量为-18dB(8.5GHz),R＞-10dB的频宽为6.0GHz(5.5～11.5GHz),而密度仅2.2g/cm3,因此,这种新一代高分子磁性吸波剂在理论研究和军工应用有重要价值.