Ti3C2Tx/Fe3O4纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe₃O₄为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄复合材料,Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.999 28%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。     

核壳结构LaOCl/LaFeO3纳米纤维的阻抗匹配设计及其电磁吸波性能研究(英文)

电磁波在无线通信等领域的广泛应用导致了严重的电磁污染,迫切需要研发高性能电磁波吸收材料.本文针对吸波材料阻抗不匹配等关键问题,设计并成功制备了新型核壳LaOCl/LaFeO₃纳米纤维电磁波吸收剂.这种独特的一维多级结构由导电LaFeO₃磁性壳层和离子化合物LaOCl核层组成.基于介电-磁损耗耦合和阻抗匹配的协同作用,LaOCl/LaFeO₃纳米纤维在超低负载条件下(4 w t%),表现出-40.1 d B (2.0 mm)的反射损耗和6.4 GHz (2.4 mm)的有效吸收带宽.该工作提出了一种新型LaOCl/LaFeO₃纳米纤维吸波材料,并为阻抗匹配调控和电磁吸波性能优化开辟了新策略.     

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.     

新型碳基磁性复合吸波材料的研究进展

新型碳基磁性复合吸波材料因兼具质轻和高性能而成为当今电磁波吸收材料的研究主流。碳系吸波材料既有密度小、比表面大、电导率高等优点,也存在无磁性、阻抗匹配水平低等不足,常通过与磁损耗物质复合来构筑多样微结构、多元协同损耗机制的轻质复合材料,实现高强与宽频电磁波吸收。本文在总结国内外碳基复合材料吸波应用的研究基础上,以成分组成、复合方法、微观结构等为主线对比分析了新型石墨烯、碳纳米管、生物质多孔碳及其他碳系磁性复合吸波材料的研究进展,并指出了磁性碳系吸波材料存在的问题及未来发展趋势。      

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。     

碳包覆铁/丙烯酸树脂水性纳米复合涂料的制备及电磁波吸收性能

以"壳/核"型碳包覆铁(Fe(C))纳米颗粒为填料、水性丙烯酸树脂为基体,制备了纳米复合电磁波吸收涂料.采用不同含量的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对纳米颗粒改性,提高了纳米颗粒在基体中的分散性.选用吸收剂填充量为25%(质量分数)的涂料,测定了不同厚度涂层的电磁波吸波性能.涂层具有很好的吸波性能,当厚度为5mm时,反射损耗峰值为-17.2dB,吸收带宽为3.2GHz(7～10.2GHz).首次用实验结果证明了传输线理论对铁磁性纳米颗粒吸波性能的模拟结果.     

Co@CNT复合电磁波吸收剂的制备及其吸波性能

以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和六水合硝酸钴为原料制备Co@CNT复合电磁波吸收剂,调节Co元素含量以提高其电磁波吸收性能。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和透射电镜(TEM)等手段表征其微结构和物相组成,使用矢量网络分析仪测量复合物电磁参数并进行Matlab模拟得到反射损耗图。结果表明,Co@CNT-1与石蜡质量比为1：3的材料,其吸波性能最优,厚度为4.1 mm时对电磁波的吸收最强,最小反射损耗(RL_min)为-45.5 dB;厚度仅为1.5 mm的材料,有效吸收带宽(RL<-10 dB)最大为4.42 GHz。     

石墨烯-铁镍合金-聚乳酸复合材料的制备及其吸波性能

发展轻量化、宽频带的微波吸收材料来应对严重的电磁污染是一个巨大的挑战。本文通过熔融沉积成形(FDM)工艺制备出石墨烯(GR)-铁镍合金(FeNi50)-聚乳酸(PLA)复合材料,采用XRD、Raman、SEM和矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的物相结构、微观形貌和电磁性能进行表征分析,并讨论了GR-FeNi50质量比对复合材料吸波性能的影响。结果表明,与未添加GR的复合材料相比,复合材料内部形成了触发极化损耗的异质界面,并产生了丰富的褶皱和孔隙,从而增强了微波的多次反射和散射;随着GR-FeNi50质量比的增加,吸波性能先增强、后减弱,当GR-FeNi50质量比为4∶20时,吸波性能最佳,最小反射损耗达到-40.5 dB,有效吸收带宽为4.7 GHz(13.28～18 GHz)。其优异的吸波性能归因于良好的阻抗匹配和界面极化损耗、偶极极化损耗、电导损耗、磁损耗之间的协同作用。此外,与湿化学法制备的吸波材料相比,GRFeNi50-PLA复合材料在环保、易加工和规模化生产方面具有优势。     

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。     

原位还原法制备碳微球/钴核壳结构及其吸波性能测试

针对碳微球电磁吸波效果比较差的问题,采用原位还原法制得铁磁性钴包覆碳微球的核壳结构复合颗粒,分别将40%(wt,质量分数)的碳微球和碳微球/钴核壳结构颗粒与石蜡混合,制得测试样品。实验结果表明,与碳微球相比,碳微球/钴核壳结构颗粒的最小反射损耗从-30.8dB增加到-49.7dB,增加了61.4%;反射损耗从11.46GHz移动到10.67GHz,吸收峰向低频移动了6.9%。这主要是因为碳微球/钴核壳结构可以带来更多的界面电荷极化和界面反射,从而增强了对电磁波的吸收强度。     

二维Fe5GeTe2单晶的大量制备及吸波性能研究

目的 快速制备克量级、高质量的二维磁性Fe₅GeTe₂单晶，并开发具有范德华结构、室温铁磁性及优异微波吸收性能的新型吸波材料。方法 通过调控输运剂的含量，并缩短化学气相传输法的恒温段时长，以探索高质量Fe₅GeTe₂单晶的快速、制备量大的方法。将Fe₅GeTe₂单晶与石蜡按不同质量分数混合后，通过同轴线测试法分析其微波性能。结果 成功制备了克量级、高质量的Fe₅GeTe₂单晶样品。借助矢量分析仪的同轴线测试法研究Fe₅GeTe₂单晶的微波损耗性能发现，当Fe₅GeTe₂的质量分数为30%时，Fe₅GeTe₂的吸波特性较差，最佳反射损耗值仅为-4.8dB；当Fe₅GeTe₂的质量分数达到70%时，Fe₅GeTe_...     

SiCNW-Cf/LAS复合材料的制备和电磁波吸收性能EI北大核心CSCD

采用热蒸发法,以乙炔黑为碳源,在碳纤维(Cf)布上制备不同摩尔硅碳比的SiC纳米线(SiCNW)。通过浆料浸渍及真空烧结工艺,以不同摩尔硅碳比下制备的SiCNW-Cf作为中间夹层制备SiCNW-Cf/LAS(Li2O-Al2O3-SiO2)复合材料。结果表明:随着摩尔硅碳比的减小,SiCNW的直径不断减小,产量先增加后减小,并在摩尔硅碳比为1∶3时达到最高。摩尔硅碳比为1∶1时,所制备的SiCNW-Cf/LAS具有对电磁波的最低反射损耗-40.9dB(7GHz,3mm)。摩尔硅碳比为1∶3时,所制备的SiCNW-Cf/LAS具有吸收电磁波的最大有效带宽4.61GHz(Ku波段,1.5mm)。SiCNW-Cf/LAS复合材料优异的吸波性能归因于其对电磁波较高的介电损耗、散射损耗以及LAS对材料与空间阻抗匹配的调整。     

活性碳纤维结构对电路屏复合材料吸波性能影响研究

采用二次活化活性碳纤维(activated carbon fiber,ACF)设计交错结构频率选择表面(FSS),并制备了吸波复合材料,采用SEM对碳纤维表面微观形貌进行观察,采用矢量网络分析仪对其微波反射和吸收性能进行了测试。结果表明,随着活化温度的升高,ACF的比表面积及孔径逐渐增大,孔深也逐渐增加。吸波性能随着活化温度的升高呈先增大后降低的趋势,当活化温度为750℃时的电路屏制备的复合材料吸波效果最好:在5.2~9.9 GHz有-10 d B以下的反射,最低反射衰减为-21.1 d B;ACF内部π电子的极化弛豫及纤维微观形貌对电磁波的散射损耗能够提高ACF电路屏复合材料吸波性能。     

含SiC阵列改性涂层的新型SiC/Cf复合材料吸波性能研究

以葡萄糖、Si粉、碳纤维为原料, 采用化学镀结合高温烧结两步法制备了具有SiC阵列改性涂层的新型SiC/C_f复合材料。采用不同手段表征SiC/C_f复合材料的相组成、微观结构和吸波特性。结果表明: 碳纤维表面包覆大量结合紧密、垂直表面向外生长的SiC阵列, 且阵列分布均匀, 高度约为1.4 μm。当SiC/C_f复合材料厚度在1~2 mm范围内时, 随厚度增加, 最小反射损耗(RL_min)由高频向低频移动; 当厚度为1.8 mm时, 在8.31 GHz下的RL_min为-40.653 dB, 有效吸收带宽为1.11 GHz(RL < -10 dB); 当厚度为1.5 mm时, 有效吸收带宽可达2.42 GHz, 且厚度为1.3~1.8 mm时, RL_min均小于-20 dB。SiC阵列改性碳纤维新型SiC/C_f复合材料有望成为一种轻质高效的电磁波吸收材料。     

含碳纳米管微波吸收材料的制备及其微波吸收性能研究

用竖式炉流动法,以二茂铁为催化剂,噻吩为助催化剂,苯为碳源通过催化裂解反应制备了碳纳米管,碳纳米管的外径为20-50nm,内径10-30nm,长度50-1000μm.分别以碳纳米管、羰基铁粉、碳纳米管与羰基铁粉的混合物为吸收剂制备了微波吸收材料,研究了上述三种微波吸收材料在2-18GHz的吸波性能,与纯碳纳米管和纯羰基铁粉微波吸收材料相比, 碳纳米管与羰基铁粉复合微波吸收材料在2-18GHz的吸收峰明显向低频移动.在含碳纳米管的微波吸收材料中,碳纳米管作为偶极子在交变电场的作用下,产生极化电流,电磁波的能量转换为其他形式的能量,瑞利散射效应和界面极化也是含碳纳米管微波吸收材料的主要吸波机理.     

石墨烯增强FeSiAl-MoS2/PLA复合材料吸波性能

多元材料复合是制备轻质、宽频和强吸收吸波材料的有效方法。以聚乳酸(PLA)为基体,FeSiAl、MoS₂和石墨烯(GN)为填料,通过球磨和熔融挤出两步法制备了可用于熔融沉积成形(FDM)的FeSiAl-MoS₂-GN/PLA复合材料。采用XRD、拉曼光谱、SEM和矢量网络分析仪分别对复合材料的物相结构、微观形貌和电磁特性进行了表征,并研究了石墨烯含量对复合材料吸波性能的影响。研究表明:石墨烯、FeSiAl和MoS₂随机分散在PLA基体中,形成了复杂的导电网络;多元材料复合构筑了丰富的介电/磁异质界面,有利于促进界面极化;当石墨烯含量增加时,复合材料的吸波性能随之增强,当石墨烯含量为5wt%时,复合材料的吸波性能最佳,在厚度为1.7 mm时最小反射损耗为?27.90 dB,在厚度为1.9 mm时有效吸收带宽为4.96 GHz(12.64~17.60 GHz)。其优异的吸波性能归因于良好的阻抗匹配及介电损耗和磁损耗之间的协同作用。      

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。     

木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料的制备与性能表征

以马尾松木材为原料,使用低温预处理、真空浸注和高温原位生长等手段制备了性能优异的木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料(WPC/Fe3 O4),采用XRD、XPS、SEM、VNA等技术对复合材料的物相、成分、形貌和电磁特性等进行表征分析,初步阐述了其吸波机理.结果表明:制备的WPC/Fe3 O4具有优异的吸波性能,其反射损耗峰值达-35.6 dB,有效吸波频带宽超过5.6 GHz,并且在3～4.3 mm厚度范围内均可实现对全部Ku频段电磁波的有效吸收;WPC/Fe3 O4具有规则通直的孔隙结构和丰富的异质界面,高温下Fe3 O4纳米粒子均匀生长于木基多孔炭的孔隙和炭壁中;随着碳化温度的升高,WPC/Fe3 O4的介电常数显著增大而磁导率变化较小;WPC/Fe3 O4的电磁损耗机制主要为导电损耗、磁损耗和界面极化损耗.复合材料表现出对Ku频段电磁波的高效与宽频吸收,有望实现其在电子通讯或目标隐身等微波领域的应用.     

宽频磁性碳基复合吸波材料的制备及性能研究

目的 以可再生的生物质作为碳源，通过添加氯化钠作为活化剂，制备一种具有优良性能的吸波材料。方法 用一步热解法制备磁性碳基复合吸波材料，用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮吸附比表面与孔径分布仪（BET）、超导量子干涉仪（SQUID）等对其物相、形貌、磁性能等进行表征，用矢量网络分析仪（VNA）测试其电磁参数。结果 不同组分的复合材料均具有宽频的微波吸收性能，表现出对生物质用量一定范围内的不敏感特性。生物质用量分别为0.8、1.0、1.5和2.0 g时，制备的不同磁性生物质碳复合材料在填充量（质量分数）为30%时，有效吸收带宽分别达到5.7、6.2、5.8和5.9 GHz。结论 吸波性能对生物质用量一定范围内的不敏感特性，可以避免生物质由于产地、季节等的不同对吸波性能造成影响，同时也有利于制备工艺的实际操作，提高了吸波性能实验结果的稳定性。     

碳泡沫吸波性能的研究

制备了具有三维网络结构的泡沫碳材料并研究了其吸波性能。结果表明：碳泡沫的电导率随着其热解温度的提高而增加。碳泡沫的电导率对其吸波性能有重要影响。随着电导率从0．02S／cm提高到1．03S／cm，碳泡沫对入射电磁波从透波为主转变为反射为主，吸波性能先逐渐变好，然后又逐渐变差。对于1.0mm网孔尺寸、30％体积分数和15mm厚度的碳泡沫来说，电导率为0．46S／cm时具有最佳的吸波性能，在4～15GHz整个频段上的反射率均在-6dB以下，体现了宽频带的吸收特征。碳泡沫的网孔尺寸、体积分数和厚度均对其吸波性能有一定影响。