基于超材料设计的羰基铁低频复合吸波涂层研究

为获得低频宽带吸波材料,本文采用共沉淀和原位聚合技术制备了羰基铁/CoFe₂O₄/PANI三元复合材料,并以此为介质层,借鉴超材料思想,设计了一种基于超材料结构的羰基铁复合吸波涂层,改善了低频吸波性能。分析了超材料的结构设计对羰基铁/CoFe₂O₄/PANI涂层吸波性能的影响,并对赋予超材料结构后的复合涂层的吸波机理进行了研究和讨论。通过仿真优化发现,在电阻膜方阻值为10mΩ/□和镂空十字电阻膜图案尺寸达到最佳时,在相同厚度下赋予超材料结构后的复合涂层具有比单一羰基铁涂层更宽的吸收频带以及更低的吸收频率,在3.8-6.9GHz频段内反射率均小于-10dB。研究表明,将超材料结构融入到羰基铁涂层性能改进中,能够有效提升其低频吸波性能。     

羰基铁粉复合多孔吸波涂层的优化设计

目的 解决吸波剂羰基铁粉颗粒(CIP)构成的吸波涂层存在密度较大、涂层厚度过大的问题.方法 利用三维多孔结构降低复合吸波涂层的密度并改善阻抗失配,从而构筑轻质宽频羰基铁粉复合吸波涂层.利用有限元分析软件建立了羰基铁粉/石蜡复合多孔吸波涂层的仿真模型,通过仿真研究了三维多孔结构的孔隙率、孔径和孔隙分布方式对复合吸波涂层性能(最小反射损耗、有效吸收带宽、峰值吸收频率和密度)的影响规律,揭示了羰基铁粉多孔结构的吸波机理,并确定了具有最佳综合性能的羰基铁粉三维多孔复合吸波涂层的结构参数.结果 随着孔隙率的增加,涂层密度减小且峰值吸收频率向高频移动;而随着孔径的减小,涂层除峰值吸收频率向高频移动外,最小反射损耗和有效吸收带宽分别呈减低和增加的趋势,吸波性能得到有效改善.孔隙分布方面,在随机、有序、梯度递减和梯度递增4种分布方式中,梯度递减分布表现出最佳的吸波性能.相较于无孔结构,羰基铁粉质量分数为75％、孔隙率为16％、孔径为0.325 mm、孔隙呈梯度递减分布的三维多孔涂层,其有效吸收带宽(RL<–10 dB)拓展了49.3％(从4.10 GHz增加到6.12 GHz),密度降低了4％(从2.71 g/cm3降低到2.6 g/cm3),而最小反射损耗仅仅损失0.7％.结论 多孔结构的引入可以实现羰基铁粉涂层轻质、宽频吸波的目的.     

空心微珠表面化学镀Ni-P合金及其吸波性能研究

采用化学镀法在平均粒径2 μm的空心微珠表面包覆了均匀完整的Ni-P非晶合金镀层,并对该材料进行了电磁性能和吸波性能测试.测试结果表明:空心微珠包覆Ni-P非晶合金镀层后矫顽力达到343.08Oe,属于电磁损耗型材料;以包覆后的空心微珠粉体为吸收荆制备吸波涂层,当涂层厚度为3 mm时,在4.32GHz达到最强吸收-20.81 dB,当涂层厚度为1.5 mm时,在8.56～10.08 GHz内出现了小于-10 dB的较宽吸收.     

随机分布Fe纳米线复合材料的吸波性能

在具有纳米级孔洞的多孔氧化铝模板上,用电沉积方法制备出α-Fe纳米线有序阵列组装膜.用10%NaOH将纳米线溶液解离,并使之与树脂混合均匀,制成随机分布Fe纳米线/绝缘体复合吸波材料,并对其吸波性能进行了研究.研究结果表明:随铁纳米线体积分数的提高,随机分布的Fe纳米线/绝缘体复合吸波材料的电磁参数也随之增大;用测试电磁参数计算了不同厚度的反射率,体积分数为25%随机分布的铁纳米线/绝缘体的复合吸波材料最佳吸收厚度为1.14 mm;在9.7 GHz时,反射率达-45 dB,小于-5 dB时,反射率带宽达到9 GHz;随铁纳米线/绝缘体的复合吸波材料厚度的增加,吸收峰位向低频移动;随铁纳米线体积分数的增加,其吸收率明显增大,同时最佳吸收厚度也减小.     

基于CNTs/PLA的多层宽频超材料吸波结构设计与优化

目的 解决传统超材料吸波结构密度大以及对入射角度敏感的问题。方法 采用机械搅拌法和熔融共混法制备碳纳米管/聚乳酸（CNTs/PLA）复合吸波材料，通过CST电磁仿真软件开展多层超材料吸波结构设计，利用熔融沉积3D打印制备了设计的超材料吸波结构。通过扫描电子显微镜、矢量网络分析仪对制备材料和设计结构的微观形貌和电磁特性进行表征分析。结果 在机械搅拌和熔融共混的共同作用下，碳纳米管在聚乳酸中分布均匀。碳纳米管含量为10%时，复合材料的综合性能达到最佳。当其厚度为1.7 mm时，有效带宽达到最大为3.9 GHz；当厚度为3.2 mm时，反射率达到最低值约为–53.1 dB。设计的多层超材料吸波结构均具有极佳的宽频吸波特性；当R=11 mm时，圆形多层超材料结构的吸波性能最佳，反射率最低值为–53.9 dB，有效带宽为33.1 GHz，而平均反射率为–17.1 dB。此外对于TE极化的电磁波入射角在0°～60°范围内，而对于TM极化电磁波在入射角0°～70°范围内，圆形多层超材料结构具有宽角域吸波性能。结论 将碳纳米管与聚乳酸复合，在此基础上开展多层超材料结构设计，通过微观复合材料和宏观结构设...     

铁镍磁性合金粉的电磁与吸波性能研究

针对传统吸波材料在雷达波S波段的吸波性能较差,以多种铁镍磁性合金粉为吸波剂,硅橡胶为基体,制备不同组分的吸波材料.采用HP8722ET矢量网络分析仪对吸波材料的电磁与吸波性能进行了研究.结果表明:吸波材料的最小反射率为-19.5 dB,其对应的峰值频率为2.5 GHz,有效带宽(小于-8 dB)为1.9 GHz;吸波材料在S波段表现出优异的吸波性,具有良好的应用前景.     

磁/电介质复合材料结构型吸波体制备及吸波性能

利用熔融沉积成型技术快速制备了石墨烯/聚乳酸复合材料和四氧化三铁/聚乳酸复合材料,测试了其电磁参数,并基于传输线理论计算模拟分析了石墨烯含量对其吸波性能的影响,进而确定了透波层、吸收层、再次吸收层的匹配材料和厚度范围,制造了石墨烯/纳米四氧化三铁吸波体。磁/电介质多孔结构型吸波体的测试结果表明:在X和Ku波段内实现了-8 dB吸收,反射率小于-10 dB的频宽达6.7 GHz,最大吸收峰值在14.2 GHz时达到-33 dB。研究发现,通过改变吸收层材料组成及其结构可以获得更好的吸波性能,周期性的多孔结构的存在可以使更多的电磁波进入复合材料内部,同时增加了吸收界面数量;此外,石墨烯和纳米四氧化三铁的组合使介电损耗与磁损耗之间产生了有效的互补,也增加了吸波性能。     

Al含量对MnAl粉体微波吸收特性的影响

采用高能球磨和热处理工艺制备了MnAl合金粉体,使用SEM、XRD和网络矢量分析仪研究Al含量对MnAl合金粉体组织结构和微波吸收特性的影响。结果表明:随Al含量的增加,MnAl合金粉体中Al0.89Mn1.11、β-Mn和Al2Mn3含量降低、Al8Mn5含量升高,使粉体磁损耗和介电损耗增加、共振频率向低频移动、吸收峰数增加。吸波层厚度为2.0mm时,Mn40Al60样品在12.2 GHz频率处有最大吸收峰,其反射率最小值为–26.5 d B,具有较好的频宽效果。MnAl粉体对电磁波的吸波机理包括吸波涂层内的损耗以及前后界面反射电磁波在前界面处的干涉损耗。     

高性能雷达吸波涂层的制备及其损伤行为

以羰基铁粉为吸收剂、聚氨酯为胶黏剂,制备具有优异吸波性能的雷达吸波涂层,并基于矢量网络分析仪、电磁模拟软件Ansoft HFSS以及弓形框测试系统,对涂层电磁特性、损伤模型以及吸波性能进行研究。结果表明:雷达吸波涂层在垂直入射条件下具有优异的吸波性能,当涂层厚度为0.8 mm时,其反射损耗峰在7.2~12.8 GHz均达到?8 dB;在斜入射条件下也具有优异的吸波性能,当涂层厚度为0.8 mm、入射角为60°时,其反射损耗峰在5.5~18 GHz均达到?10 dB。相比于失效模式如雷达吸波涂层分层脱粘,损伤脱落对其吸波性能的影响更为明显。随着损伤脱落面积的增加,雷达吸波涂层的吸收强度（尤其是X波段）明显降低,且最小反射损耗峰往高频移动。通过对高性能雷达吸波涂层的脱落、分层等损伤行为的研究,为后续进行雷达吸波涂层维护与建立失效性评估标准具有极大的现实和军事意义。     

Sm~(3+)掺杂Co_2Z型铁氧体的组织结构和吸波性能

采用普通陶瓷工艺制备了Sm~(3+)掺杂的Co_2Z型平面六角铁氧体,研究了Sm~(3+)掺杂Co_2Z型铁氧体材料的组织结构和吸波性能。结果表明,掺杂一定量Sm~(3+)的铁氧体相结构仍以Co_2Z型六角晶系相为主相,但出现了呈颗粒状弥散分布的富Sm相。掺杂Sm~(3+)样品的吸波性能明显优于未掺杂Sm~(3+)样品,在频率为6.3 GHz时,其最大反射损耗可达到-20 d B,耗损大于10 d B的频带带宽为5 GHz,具有较宽的吸收频带。吸波涂层的附着强度均大于10 MPa,具有良好的力学性能。     

Synthesis and surface modification of cobalt nanoparticles and electromagnetic property of Co/PPy nanocomposites

In this work, cobalt nanoparticles were synthesized by chemical reduction procedure. After the hydrophilic functionalization, Co/polypyrrole(PPy)nanocomposites were prepared by in situ polymerization of pyrrole in aqueous dispersion of Co nanoparticles. The Co/PPy nanocomposites show good electromagnetic properties with both magnetic loss and dielectric loss to electromagnetic wave. The electromagnetic wave absorbing bandwidth(reflection loss \-10 d B) for Co/PPy(20 wt%) is above 5.5 GHz at a thickness of 2 mm, and with a maximum reflection loss(around-20.02 d B) at 14.77 GHz. This magnetic nanoparticles/conducting polymer nanocomposites are great potential candidates for electromagnetic wave absorbent, because of their wide-absorbing frequency,strong absorption, good compatibility, low density, and controllable absorbing properties.     

使用超电磁材料制作无损检测探头的模拟分析

为了探索超电磁材料在无损检测领域的应用,采用双负超电磁材料球壳包覆一个微小电流元的模型,应用基于有限元法(FEM)的Ansoft HFSS软件,模拟超电磁材料改善无损检测探头电磁辐射的特性。电磁模型的内半径r_1=1.0 mm,外径为变量;介质ε_r=μ_r=-3,电损耗和磁损耗为0.1;电流元为长0.3 mm、直径0.2 mm,激励电流1 mA,频率为10 GHz,辐射边界。模拟了三种情形下近电场随球壳内外径比值的变化、涂覆超电磁材料的探头在表面开口裂缝附近形成的电场,并与涂覆常规电磁材料的探头形成的近场量值进行对比。试验得出,涂覆超电磁材料的探头其近场电磁特性优于涂覆常规材料和不涂材料,可用于开发未来超电磁材料的无损检测探头。     

Co3O4/Biomass-rGO异质结构纳米片的微波吸收性能

目的调节Co3O4纳米粒子的电磁匹配,以实现最佳的电磁波吸收性能,同时实现对轻质、强吸收、宽频带、小厚度电磁波吸收材料的追求。方法通过玉米秸秆制备生物质-rGO,采用水热法将生物质-rGO引入到Co3O4纳米粒子中制备具有异质结构的Co3O4/biomass-rGO纳米片。通过X射线衍射分析仪、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜测试,分别对Co3O4/biomass-rGO异质结构纳米片的组成、形貌以及结构进行表征,同时通过矢量网络分析仪测试分析生物质-rGO的引入对Co3O4/biomass-rGO异质结构纳米片吸波性能的影响。结果生物质-rGO的引入明显提高了Co3O4/biomass-rGO异质结构纳米片在2~18 GHz频率范围的电磁波吸收性能,不仅降低了有效吸收体厚度,同时还拓展了有效吸收频带宽度。在厚度为1.5 mm、频率为15.8 GHz时,达到–36.1 dB的最大反射损耗值。有效吸收频带宽度为15 GHz,在S、C、X、Ku波段均存在有效吸收,实现了在1.0~5.5 mm宽厚度范围内的全部有效吸收。结论通过引入生物质-rGO可以有效改善Co3O4的电磁匹配和介电损耗。     

钴镍铜合金纳米线的制备及微波吸收性能

采用脉冲电化学法沉积法在AAO模板上制备了钴镍铜合金纳米线,XRD测试表明纳米线有Co,Ni,NiCu和CoCu4个磁性相共存。在平行于和垂直于长轴方向上所测的磁滞回线表明:钴镍铜合金纳米线阵列具有弱的各向异性。磁性合金纳米线与石蜡的复合材料在GHz频段内具有较好的电磁波吸收性能:当吸波涂层的厚度为4mm时,其最小反射损耗可达–30dB。     

热处理对锶铁氧体微结构及吸波性能的影响

采用溶胶凝胶自燃烧法,在不同煅烧温度条件下制备了六角锶铁氧体粉体,对其结构、形貌和电磁参数进行了分析。通过绘制匹配解析图,求得各锶铁氧体所得涂层的最佳匹配厚度和最佳匹配频率,并利用传输线理论计算了最佳条件下样品的吸波效果。结果表明:热处理温度对锶铁氧体的结构和形貌有很大影响,以5℃/min升温时,随着煅烧温度升高,颗粒由米粒状逐步转化为完美的六角片状;热处理温度对锶铁氧体吸波性能的影响也较大,1 000℃的样品吸波效果最好,当匹配厚度为5.2mm时,低于-5dB的带宽为4.5GHz,最大吸收峰值为-38dB。     

轻质CB/RGO复合涂层的制备及其吸波性能研究

目的制备吸波性能优异的碳基复合吸波涂层。方法采用液相法在导电炭黑(CB)体系中原位生长还原氧化石墨烯(RGO)材料,合成了CB/RGO复合吸收剂,并以环氧树脂为基体制备了CB/RGO复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的CB/RGO复合吸收剂进行微观结构表征,研究了吸收剂填充量和厚度对涂层电磁性能的影响规律。结果微观结构分析表明,CB以一种类似“葡萄状”的结构形态附着在石墨烯片层之间,在其表面实现包覆性生长,分散均匀且具有较好的附着力;制备的CB/RGO复合涂层质地均匀,密度仅为1.1 g/cm^3,兼具轻质柔性的特征。微波反射率测试结果显示,在高填充量3.0%和3.7%下,涂层均未表现出明显的强电磁吸收能力,而在低填充量1.6%和2.3%下,涂层表现出十分优异的微波吸收性能。结论当填充量为2.3%、厚度为1.9 mm时,涂层表现出最佳的吸波性能,最大吸波强度为−17.1 dB,有效吸波频宽达到6.63 GHz,覆盖整个测量频段的66.3%,显示出良好的宽频吸波性能。另外,当厚度为2.5 mm时,填充量为2.3%的涂层实现了雷达波在X波段的微波全吸收。     

钴-铁沉积碳化硅颗粒及其吸波性能

目的提高碳化硅微粒的微波吸收性能。方法利用改进的化学镀法,以硫酸钴和硫酸亚铁为主盐,次亚磷酸钠为还原剂,施镀温度为50℃,使用机械搅拌和超声分散相结合的方法,在预处理后的微米碳化硅颗粒表面沉积钴铁合金。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)分别对化学镀前后材料的结晶状态、组成成分和形貌特征进行了表征;利用矢量网络分析仪对化学镀前后材料在2~18 GHz频率范围内的电磁性能进行了测试,并通过计算得到了材料微波反射率损耗。结果钴铁合金呈微球状均匀沉积在碳化硅表面,有效地改善了碳化硅材料的电磁性能和微波吸收性能。碳化硅的介电常数虚部存在界面极化和缺陷极化两个弛豫峰(9.1、13.8 GHz),而沉积钴铁合金后,碳化硅材料Co-Fe/SiC增加了两个弛豫峰:介电弛豫峰(11.7 GHz)和磁弛豫峰(12.6 GHz)。正是由于Co-Fe合金对微波信号的介电弛豫和磁弛豫,有效提升了材料的吸波性能。当吸波层厚度为2.4 mm时,反射率在10 dB以上的吸收带宽达到3.8 GHz,20 dB带宽可以达到1.5 GHz。当吸波层厚度为2.3 mm时,频率为12.7 GHz时达到最大吸收峰值–43 dB。结论在碳化硅材料表面沉积钴铁合金是一种有效改进材料微波吸收性能的方法,且该材料是一种高效、宽频的微波吸收材料。     

化学气相沉积法制备同轴核壳结构CNTs@SiC的电磁特性研究

以Si单质和功能化多壁碳纳米管(CNTs)为原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备了CNTs@SiC同轴核壳结构复合吸波剂。CNTs@SiC的一维管状核壳结构有利于提高材料的介电性能和调节阻抗匹配性能,并能有效提高CNTs的初始氧化温度。Si与CNTs质量比是影响此复合材料电磁特性的关键参数,当m(Si) : m(CNTs) = 1:1.5时,复合材料有最好的吸波性能,当其厚度为1.7mm时,反射率小于-10dB所对应的有效带宽达到4.8GHz;当m(Si) : m(CNTs) = 1:2时,材料在X波段有最好的吸波效果,有效带宽达3GHz。所制备的CNTs@SiC复合材料不仅在常温下具有宽频强吸收的特点,其独特的一维管状核壳结构有望使材料在高温环境下仍具有优异的吸波性能。     

Effect of Critical Plasma Spray Parameters on Microstructure and Microwave Absorption Property of Ti<Subscript>3</Subscript>SiC<Subscript>2</Subscript>/Cordierite Coatings

Ti₃SiC₂/cordierite coatings with different critical plasma spray parameters (CPSP) were fabricated via atmospheric plasma spraying method. The microstructure and phase constitution of the as-sprayed Ti₃SiC₂/cordierite coatings were characterized. The effects of CPSP conditions on the electromagnetic shielding, and dielectric and microwave absorption properties of coatings in the frequency of 8.2-12.4 GHz were also measured and investigated. The results showed that both real and imaginary part of the complex permittivity decrease with increasing CPSP values, which can be ascribed to the decomposition of some Ti₃SiC₂ into TiC. The calculated reflection loss of the as-sprayed Ti₃SiC₂/cordierite coatings with different CPSP conditions and thicknesses indicates that coatings with CPSP 0.3, 0.35, and 0.425 exhibit excellent microwave absorption property in the thickness of 1.5 mm. In order to broaden the bandwidth of the coatings, a double-layer coating system was designed. The calculated reflection loss results show that when the thickness of matching layer is 0.3 mm and the thickness of absorbing layer is 1.5 mm, the double-layer coating system shows a proper microwave absorption property with a minimum absorption value of ?17.37 dB at 9.67 GHz and a absorption bandwidth (RL less than ?5 dB) of 4.16 GHz in the investigated frequency.