炭纤维及其复合材料的吸波性能和吸波机理

炭纤维和炭纤维复合材料在隐身技术中已经得到了广泛应用。通过分析连续炭纤维、短切炭纤维、螺旋形炭纤维、异形截面炭纤维、掺杂改性炭纤维及其复合材料的微波电磁特性和吸波性能,探讨了以上几种炭纤维的吸波机理,其中螺旋形炭纤维和异形截面炭纤维是最有发展前景的两种吸波炭纤维。     

螺旋炭纤维的制备及其吸波性能研究进展

螺旋炭纤维作为手征性材料的典型代表,具有成分、结构、形貌、电磁和手征参数可调的显著优势,成为近年来研究的热点.综述了螺旋炭纤维的制备及其结构与形貌控制、生长机理和吸波性能,发现对其结构和形貌的控制,可以调节和改善其吸波性能.同时讨论了螺旋炭纤维的发展趋势和存在的主要问题.     

螺旋形碳纤维结构吸波材料的制备及其吸波性能研究

用基板法以乙炔为碳源,镍板为催化剂,PCl3为助催化剂,通过化学气相沉积制备了螺旋形碳纤维手性吸收剂,并研究了其在2～18GHz的微波电磁特性:具有较高的介电损耗,电磁参数随频率的增大有减小的趋势,有利于实现宽频吸波。以螺旋形碳纤维作为吸收剂制备了Nomex蜂窝夹芯结构吸波材料,复合材料的厚度为9.5mm时,在3.76～18GHz反射率R<-10dB,反射率<-10dB的频宽为14.24GHz;最大吸收峰在10.4GHz,反射率R为-21.62dB。探讨了螺旋形碳纤维的吸波机理,螺旋形碳纤维是一种非常有发展前景的手性吸收剂和吸波材料。     

BN/SiC复合涂层改性炭纤维的吸波性能研究

以尿素、硼酸为原料, 采用浸涂工艺先在炭纤维表面制备BN涂层, 再以三氯甲基硅烷为前驱体, 采用化学气相沉积工艺在纤维表面沉积SiC涂层, 制得了BN/SiC复合涂层改性炭纤维。对BN/SiC复合涂层改性炭纤维的微观结构、抗氧化性能、介电性能及吸波性能进行了研究。结果表明: 炭纤维表面BN涂层的厚度约为0.1 μm, SiC涂层的厚度约为0.7 μm。炭纤维经表面BN/SiC复合涂层改性后, 抗氧化性能明显提高, 开始明显氧化失重温度从560℃提高到790℃, 最终氧化温度从780℃提高到1200℃以上; 且介电性能得到有效改善, 吸波性能显著提高。相比于未改性炭纤维, 厚度为2 mm的BN/SiC复合涂层改性炭纤维的最小反射率减小到-13.3 dB, 小于-10 dB的带宽增加至2.5 GHz。     

吸波材料吸波性能的计算及其优化设计

吸波材料是现代武器系统隐身技术的关键材料,随着近年来隐身技术的迅猛发展,吸波材料的研究已经受到世界各国的高度重视。本文较详细地阐述了目前常用的涂覆型吸波材料和结构型吸波材料吸波性能的基本计算方法,并且对吸波材料的优化设计进行了简要的介绍。     

碳基材料吸波性能研究进展

随着雷达探测技术的迅猛发展和电磁波辐射污染的日益加剧,新型吸波材料的研究和开发成为各国研究的热点。单一吸收剂存在吸波频带窄和吸收强度低等缺点,无法满足新型吸波材料频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强的要求。碳材料具有密度低和吸波性能好等优点,通过与其他吸收剂的双组分、多组分复合,或对复合材料的微观结构进行设计,碳系复合材料表现出优异的吸波性能。简要介绍了吸波材料的工作机理,然后分别从炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和其他碳系材料等5个方面综述了碳系材料在电磁波吸收中的应用和发展,归纳了碳系材料吸波性能的最新研究进展,最后提出了当前研究中存在的不足并明确了研究方向。     

碳纳米管加载量对复合材料吸波性能的影响

将不同质量分数的碳纳米管和环氧树脂充分混合，制成复合吸波涂料并涂覆在铝板上制成吸波涂层。采用TEM对碳纳米管的形貌进行观察。使用反射率扫频测量系统HP8757E标量网络分析仪检测复合材料的吸波性能。结果表明，复合材料在2GHz～18GHz均有良好的吸波性能。碳纳米管加载质量分数为8％和10％时，复合材料吸波性能最佳。8％碳纳米管加载量，峰值最大，达到～22．55dB，波峰出现在12．32GHz，带宽分别为2．56GHz（R〈-8dB）和4．00GHz（R〈-5dB）。10％碳纳米管添加量，带宽最大，分别达到2．80GHz（R〈-8dB）和7．00GHz（R〈-5dB），波峰出现在13．67GHz，峰值为-14．59dB。     

一种新型的Ba—M型铁氧体磁性层吸波炭纤维研制

用ＳＯＬ－ＧＥＬ在炭纤维表面涂敷ＢａＦｅ１２Ｏ１９型铁氧体，制得具有磁性支的连续炭纤维。利用红外光谱鉴别了铁氧体的形成，并检测了磁性炭纤维的力学性能和磁学性能参数。检测数据表明，该纤维是一灵具高力学性能和磁性能的优良纤维。     

蜂窝状三维整体机织结构型吸波复合材料的设计、制备与性能

为了解决蜂窝夹层结构材料的开裂和分层问题,以玄武岩纤维长丝纱和碳纤维长丝纱为原料,在普通织机上,经合理设计,织造了顶层为透波层、中间层为吸波层和底面为反射层的蜂窝状三维整体机织结构型吸波织物;其次,以蜂窝状三维整体机织结构型吸波织物为增强体,双酚A型环氧树脂为基体,羰基铁粉(CIP)和炭黑(CB)为吸波剂,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺,制备了不同结构参数的蜂窝状三维整体机织结构型吸波复合材料;最后,采用矢量网络分析仪和万能试验机分别对蜂窝状三维整体机织结构型吸波复合材料的吸波性能和力学性能进行研究。研究表明,其有良好的整体性能,兼具吸波和承载能力。     

气相催化裂解法制备微米级螺旋形炭纤维的研究

以商用乙炔为碳源，镍板为催化剂，含硫化合物为助催化剂，通过气相催化裂解法（VCC）制得了微米级螺旋形炭纤维。通过对影响微螺旋形炭纤维生长因素研究。发现将镍板直立放置于石英管中，可以提高螺旋形炭纤维的收率。同时发现反应温度为710℃～800℃，C2H2/H2=1：3。含硫化合物的流量为1.0mL/min～1.2mL/min时，有利于规整螺旋纤维的生成，通过调节N2的流量，可以获得螺径不同的炭纤维。气体总流量约200mL/min时可制得螺径约4μm的规整炭纤维；气体总流量约150mL/min时可获得螺径约20μm的炭纤维。利用扫描电子显微镜（SEM）考察了螺旋纤维的微观形貌，发现所得的纤维几乎为双螺旋，同时在螺旋纤维生长的先端常观察到由弯曲纳米级纤维形成的绒状物。     

Microwave absorption and mechanical properties of La(NO3)3-doped multi-walled carbon nanotube/polyvinyl chloride composites

Composites that effectively absorb microwave in the frequency range of 2-18 GHz have been strongly demanded during the past decades. To enhance the absorption of microwave, composites are generally capable of wide absorption bandwidth and low reflection loss. Here, we used La(NO₃)₃-doped multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as absorber and polyvinyl chloride (PVC) as matrix to fabricate MWCNT-La(NO₃)₃/PVC composites, where La(NO₃)₃-doped MWCNTs broadened the absorption bandwidth and decreased the reflection loss of the composites. Due to the insertion of diamagnetic La³⁺, the absorbing properties of as-prepared composites were enhanced, while the mechanical properties of such composite were slightly changed. The amount of doped La(NO₃)₃ was experimentally optimized to be 6 wt.%.     

全pH范围内超疏水大面积的微米螺旋炭丝

通过控制催化前驱体(酒石酸铜)的电化学氧化在金属表面形成了铜催化剂,并通过铜催化裂解乙炔在金属表面制备了大面积的微米螺旋炭丝。用SEM, FT-IR,XPS和测接触角对所制制螺旋炭丝进行了表征。发现螺旋炭丝具有非常好的化学稳定性和全PH范围的超疏水性质。这种炭丝被期待用做特殊的界面功能材料。     

变截面形状螺旋形炭纤维的制备和生长机理

以镍为催化剂,通过控制碳源气体乙炔的流速,在1 013 K-1 053 K温度下,制备了纤维截面形状在生长过程中由扁平形变为圆形的螺旋炭纤维,同时螺旋直径也相应的由4.2 μm变化为6.0 μm,这种变截面螺旋炭纤维的发现,为微机械系统提供了一种新型弹簧.提出了变截面螺旋炭纤维的生长机理,认为催化剂颗粒的各向异性不仅影响螺旋炭纤维螺径的大小,还影响纤维的截面形状.随着生长过程中反应条件的改变,催化剂各向异性也发生改变,长方形催化剂既可以生长扁平形也可以生长圆形截面螺旋形炭纤维,但是立方形催化剂只能生长圆形截面螺旋形炭纤维.该机制的提出不仅有助于加深对双螺旋炭纤维生长本质的认识,还对指导螺旋形炭纤维的控制生长具有重要意义.     

石墨化对微螺旋炭纤维热氧化动力学的影响

以乙炔为碳源,镍粉为催化剂,噻吩为助催化剂,采用化学气相沉积法制备微螺旋炭纤维;在氩气气氛中,2500℃下对所制微螺旋炭纤维进行石墨化处理.通过扫描电子显微镜观察微螺旋炭纤维的螺旋形貌和微观结构,用热重法研究微螺旋炭纤维的耐氧化性能,并探讨了微螺旋炭纤维的氧化动力学行为.结果表明:石墨化处理对微螺旋炭纤维具有显著的纯化作用,其螺旋形貌基本保持不变.微螺旋炭纤维的氧化反应较好地服从一级反应.微螺旋炭纤维石墨化前后的氧化反应活化能分别为263.004kJ/mol和297.191kJ/mol.石墨化处理明显提了微螺旋炭纤维的抗氧化性能.     

超声喷雾化学镀法制备镀Ni碳纳米管及其微波吸收性能

将碳纳米管（CNTs）经过酸化、敏化和活化处理后,采用超声喷雾化学镀的方法来制备镀Ni碳纳米管（Ni-CNTs）。采用TEM、EDS和拉曼光谱进行表征。结果表明,采用超声喷雾化学镀可实现Ni层在CNTs表面均匀连续的镀覆,并且改善了CNTs的分散性,有利于其在复合材料领域的应用。不同形貌的Ni-CNTs的吸波性能有明显差异。对于镀层相对较薄的Ni-CNTs试样,其反射损耗峰值为-17.12 dB,出现在9.36 GHz处;吸波频带宽度为5.28 GHz（R<-5 dB）和2 GHz（R<-10 dB）,这样的趋势有利于制造宽频复合吸波材料。     

Effect of short carbon fibers and MWCNTs on microwave absorbing properties of polyester composites containing nickel-coated carbon fibers

Multiphase composite materials filled with multiwall carbon nanotubes (MWCNTs), short nickel-coated carbon fibers and millimeter-long carbon fibers with various weight fractions and compositions are developed and used for the design of wide-band thin radar-absorbing screens. The effective complex permittivity of several composite samples is measured in the frequency range from 8 GHz to 18 GHz. The obtained results show that the addition of the MWCNTs into the mixture allows tuning the EM properties of the composite filled with the short nickel-coated fibers. Numerical simulations are also performed in order to design new radar-absorbing shields. Single-layer and bi-layer thin dielectric Salisbury screens are designed to exhibit minimum reflection coefficient at 10 GHz and at 15 GHz, and maximum bandwidth at −10 dB. It results that the total thickness of the screen can be reduced below 2 mm by using a lossy sheet made with the composite filled with MWCNTs and nickel-coated carbon fibers, whereas the bandwidth at −10 dB can exceed 6 GHz in a bi-layer structure.     

双层结构碳团簇型微波隐身材料的吸波性能研究

通过微波隐身材料结构设计 ,采用密度较小的碳团簇型原料 ,制备得到了具有良好吸波性能的双层结构碳团簇型微波隐身涂层材料。该材料厚度为 (1.85± 0 .1)mm ,密度为 1.16g/cm3 ,在 8～ 12 .4GHz频率范围内 ,最小反射率达 -3 0dB ,其中反射率小于 -10dB的吸收带宽近 60 % ,且具有良好的吸波性能稳定性     

化学镀镍碳纳米管的制备及其电磁学和吸波性能研究

首先对碳纳米管(CNTs)进行纯化、敏化、活化预处理,然后利用化学镀方法在其表面沉积金属镍而制备出镀镍碳纳米管(M-CNTs)。SEM、TEM、EDS、XRD和DSC等综合表征结果表明,通过化学镀工艺,在CNTs表面均匀连续的镀覆了一层厚度约为20nm的非晶态镍镀层,且碳纳米管的分散性得到了改善,更有利于用于复合材料领域。原料碳纳米管和镀镍碳纳米管的电磁学性能的对比研究结果表明,M-CNTs的电导率较CNTs有所降低,这也间接反映了镍镀层在CNTs表面的形成;在4～18GHz内,M-CNTs的ε′、ε″、μ和μ″4个电磁参数均较CNTs均有所增加。在此基础上,进一步以M-CNTs为吸波剂,聚氨酯(PU)为粘结剂,制备了PU/M-CNTs吸波涂料,对其吸波性能的研究结果表明,PU/M-CNTs吸波涂料的吸波效果明显受涂层厚度影响,在1.0～2.0mm的范围内,随着涂层厚度的逐渐增大,其吸收峰逐渐向低频移动,且低频段的吸波效果得以加强,高频段的吸波效果有所减弱。     

Effects of composition on the microwave absorbing properties of FexNi100−x (x = 0–25) submicro fibers

The morphology and composition of a material have important influences on its electromagnetic parameters and microwave absorbing property. In this paper, the Fe_xNi_100?x (x?=?0–40) powders were prepared by an oxalate precipitation-thermal decomposition process. When x?=?0–25, the powders show submicro fibrous morphologies, however, when x?>?25, some granular particles appear due to the weak coordination ability of ethylenediamine with Fe²⁺ in the oxalate precipitation process. The electromagnetic parameters and microwave absorbing properties of the composites of the Fe_xNi_100?x (x?=?0–25) submicro fibers with 80?wt% paraffin were studied in 2–18?GHz. Compared with the Ni/paraffin composite, enhanced electromagnetic losses and microwave absorbing properties are observed for the Fe₁₀Ni₉₀/paraffin and Fe₂₅Ni₇₅/paraffin composites. The Fe₁₀Ni₉₀/paraffin shows the best microwave absorbing property that at the composite thickness of 2.0?mm, the effective bandwidth and minimum RL reach 3.78?GHz (12.21–15.99?GHz) and ?45.37?dB at 13.90?GHz, respectively. The excellent microwave absorbing property of the Fe₁₀Ni₉₀/paraffin composite is from its high loss factor and the quarter-wavelength cancellation mechanism.     

Effect of carbonization temperature on microwave absorbing properties of polyacrylonitrile-based carbon fibers

The pre-oxidized fibers were carbonized at the temperature ranging from 400 to 1300 °C for 1 h. The microwave absorption properties of carbon fibers (CFs) were examined in the frequency range of 2–18 GHz. It is found that the reflection loss characteristics are highly sensitive to the carbonization temperature. At a thickness of 2 mm, the CFs obtained at 710 °C exhibit the best microwave absorbing ability with a maximum reflection loss of ?22.9 dB at 15 GHz, and a bandwidth exceeding ?10 dB in the range 12.4–18 GHz. Results indicate that dielectric loss in cooperation with better matched characteristic impedance results in the excellent microwave absorption of CFs. Low temperature makes ?′ and ?″ too small to consume the energy of microwave, while over high temperature makes ?′ and ?″ too large to transmit the microwave into the CFs.