活化调控的龙眼壳多孔碳材料结构和吸波性能

生物质材料是一种来源丰富、廉价易得的可再生资源,通过在生物质材料中构筑多层级结构制备生物质碳材料是目前吸波材料领域研究的热点。为制备轻质、宽频、高效的生物碳基吸波材料,以龙眼壳为原料,通过活化碳化的方式制备龙眼壳多孔碳材料(LSPC),通过X-射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜等表征多孔碳材料的微观结构,并采用矢量网络分析仪对其吸波性能进行分析,考察了磷酸(H3PO4)、氢氧化钾(KOH)和氧化锌(ZnCl_(2))对龙眼壳多孔碳材料结构和吸波性能的影响。结果表明:活化使得龙眼壳多孔碳结晶度下降、缺陷增多,形成了较多的异质界面和活化中心,增强了材料的极化损耗。与未活化的龙眼壳多孔碳相比,H3PO4活化处理使得多孔碳材料的孔壁变薄、孔结构更为明显;KOH活化多孔碳材料不仅保留了龙眼壳连续的孔结构,而且孔壁出现了类似脊椎的波浪起伏结构;ZnCl_(2)活化制得的龙眼壳多孔碳材料仅在原有的光滑截面形成许多小孔;综合分析表明,活化处理改善了龙眼壳多孔碳材料的吸波性能,其中以氢氧化钾活化制备的龙眼壳多孔碳材料吸波性能最佳,其反射损耗达到-43.57 dB,分别是LSPC-H3PO4的2.03倍和LSPC-ZnCl_(2)的3.02倍;活化处理不同程度地改善了龙眼壳多孔碳材料的有效吸收带宽。对微观形貌关联的电磁损耗行为分析表明,活化促进了龙眼壳多孔碳材料中多层级孔结构的生成,有效降低了龙眼壳多孔碳材料的有效介电常数,改善了材料的阻抗匹配;同时,龙眼壳多孔碳材料可通过传导损耗、偶极极化、界面极化、多重反射等多重损耗机制衰减电磁波。

环氧树脂填充复合蜂窝夹芯结构吸波性能的试验及模拟研究

设计了一种由四氧化三铁@还原氧化石墨烯(Fe_(3)O_(4)@rGO)气凝胶/环氧树脂填充的复合蜂窝夹芯结构(CHSS)。采用拉曼光谱仪、X射线光电子能谱等方法对Fe_(3)O_(4)@rGO粒子进行表征,并对其电磁参数和吸波性能进行分析。研究结果表明:成功制备了Fe_(3)O_(4)@rGO,并且Fe_(3)O_(4)在气凝胶中分散良好;Fe_(3)O_(4)@rGO对电磁波的导电损耗以及磁损耗为材料提供了良好的微波吸收性能,CHSS的有效吸波带宽随着Fe_(3)O_(4)@rGO气凝胶/环氧树脂层厚度增大呈先增大再减小的趋势;当CHSS中Fe_(3)O_(4)@rGO气凝胶/环氧树脂层厚度为2.5 mm时有效吸波带宽达到最大值,性能最佳的CHSS厚度为7.8 mm,有效吸波带宽达到7.09 GHz,最大反射损耗(RL)值达到-17.76 dB。综合表明,本研究制备了一种复合蜂窝夹芯材料,并且使用环氧树脂回填封装芳纶蜂窝可以达到理想的吸波性能。

纸基复合吸波超材料吸波性能的等效电路分析方法研究

纸基复合吸波超材料是一种较为理想的宽带雷达吸波材料。以某种具有六边形环结构的纸基复合吸波超材料为例,借助等效电路方法对该材料的吸波性能进行分析。结果表明:借助等效电路方法可以较为直观、准确地得到纸基吸波超材料的吸波性能分析结果,与一般的全波仿真分析方法相比具有更强的实用性。

(Si_(0.2)Ti_(0.2)Nb_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2))C高熵陶瓷的低温制备及吸波性能

寻求具有良好耐高温及力学性能的新型陶瓷材料是吸波材料领域的研究热点之一。高熵碳化物陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但合成温度高且吸波性能研究较少,限制了其在高温吸波材料领域的应用。本工作采用熔盐法合成了多晶岩盐晶型(Si_(0.2)Ti_(0.2)Nb_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2))C高熵碳化物陶瓷,研究了其物相组成、微观形貌及吸波特性。结果表明:随着反应温度的升高,样品的衍射峰逐渐锐化,吸波性能明显提高。当反应温度为1500℃时,3.72 GHz时最低反射损耗达-34.68 dB;与已报道的高熵碳化物陶瓷相比,在相同的有效吸收带宽(2.3 GHz)下,涂层厚度减少了13.3%(1.5 mm降低到1.3 mm),其介电损耗主要来源于极化损耗和导电损耗。本工作制备的高熵碳化物陶瓷可以为研究制备新型环境适应、耐高温、抗冲击的高性能单相吸波材料提供新途径。

Fe-Si-B非晶合金粉末的制备及吸波性能

采用正交试验法,利用硼氢化钠水溶液还原氯化亚铁和氟硅酸钠水溶液中的Fe和Si,制备出一种粒径为200~500 nm的球形粉末,采用X射线衍射仪、同步热分析仪、透射电子显微镜及选区电子衍射、X射线光电子能谱仪以及电感耦合等离子体光谱分析表明该粉末是成分为Fe87.6Si1.08B11.31的非晶态合金。利用矢量网络分析仪研究了该粉末的吸波性能,结果表明:该粉末在14.56 GHz处最小反射损耗为-44.8 dB,对应的匹配厚度为1.5 mm,有效带宽为6.16 GHz且为最大吸收带宽。对电磁波的损耗以磁损耗为主,介电损耗为辅,其中介电损耗以偶极极化为主,磁损耗以涡流损耗和自然共振为主。

碳纳米管-聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶的制备及其吸波性能

为了获得高性能复合气凝胶吸波材料,以螺旋碳纳米管(Helical carbon nanotubes,HCNTs)和聚苯胺(Polyaniline,PANI)为吸波剂,聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)为基体,采用定向冷冻法和低温原位聚合法制备了高性能螺旋碳纳米管-聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶(HCNTs-PANI/PVA composite aerogels,HPPA)。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪对HPPA复合气凝胶的形貌与结构进行表征,并使用矢量网络分析仪测定HPPA复合气凝胶的电磁参数和吸波特性。结果表明:所制备的HPPA复合气凝胶具有优异的吸波性能,最小的反射损耗为-69.08 dB,有效吸收带宽为4.20 GHz;HPPA复合气凝胶优异的吸波性能主要归因于其定向的多孔结构和非均匀介质界面形成的良好阻抗匹配特性和多重极化协同效应。该文为构建高性能复合气凝胶吸波体系提供了新思路。

多层异构复合材料的制备及吸波性能

通过模板法与物理混合法相结合,成功制备了三维网络结构的BaTiO_(3)(BTO)+Fe_(3)O_(4)三聚氰胺泡沫异质结构复合材料,采用扫描电镜和X射线衍射对复合材料样品的表面形貌和晶体结构进行了表征,并使用矢量网络分析仪测试了该样品在2~18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率,并根据测量数据计算了反射损耗值。随后,使用COMSOL多物理场仿真软件进行有限元分析,研究了该复合体系的吸收机制和吸波性能。结果表明:成功引入了BTO和Fe_(3)O_(4)形成的大量异质界面到三维网络结构碳中,构建了异质结构。BTO和Fe_(3)O_(4)优化了三维网络结构的阻抗匹配,从而显著提高了多层异构复合材料的有效吸收带宽。此外,BTO、Fe_(3)O_(4)和三维网络碳结构构筑成了高气孔率的三维网络,导致电磁波在材料内部发生多次反射和散射,增强了电磁波与材料之间的相互作用,实现了对电磁波的吸收,提升了吸波效率。该复合材料展示了出色的吸波性能,当复合材料的厚度为2.9 mm时,最强的反射损耗值达到−54.76 dB,而当复合材料的厚度为2.7 mm时,有效吸收带宽提升至7.92 GHz。

聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13.5%(质量分数),生成HfO_(2)和SiO_(2),使其最低反射损耗(Reflection loss,RL_(min))仅为–13.8 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth,EAB)仅为0.42 GHz。相比于SiHfCN,含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相,SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了1.4~1.8和2.7~3.9倍,RL_(min)分别为-50.6、-57.3和-63.5 dB,EAB分别为3.53、3.99和4.01 GHz,吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了HfO_(2)的生成,增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了B–N和B–C键,且析出的纳米棒状HfSiO_(4)提供了更多的异质界面,增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N–C键数量增加,强化了偶极子极化损耗,同时生成纳米碳片,不仅可以增强电导损耗,而且提供大量界面,改善了阻抗匹配并增强了界面极化,因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

碳化硅纳米线的制备及其吸波性能的表征

以淀粉和硅溶胶为原料,利用化学气相沉积法制备了碳化硅纳米线,并对纳米线的成分、形貌、结构及介电与吸波性能进行了分析与探讨。所制得的纳米线纯度较高、长度较长,形成了网状结构,且纳米线具有较好的吸波性能,在很大范围内均表现突出。

基于3D打印的SiOC陶瓷吸波性能优化设计

SiOC陶瓷作为一种高温吸波材料,由于其前驱体成本低廉且适用传统高分子加工方法以及增材制造成型等特点,受到越来越多人的关注,但是,目前,对于直写打印成型的SiOC陶瓷的吸波性能、直写打印结构以及SiOC本身介电常数三者之间的关系鲜有人报道。本文成功利用一种以MK resin为主体SiOC的陶瓷前驱体浆料,结合直写打印成型和石墨烯掺杂的方法,制备出厚度为3.5mm时有效吸波带宽覆盖整个X波段,最大反射损耗达到-35.5 dB的样品,为后续的直写打印成型SiOC陶瓷吸波性能研究提供了一个新的思路。

La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_(3)/α-Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及吸波性能研究

以高温煅烧法制备了复合材料La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_(3)/α-Fe_(2)O_(3),并研究了其结构、电磁参数和吸波性能,进一步初步探索了该粉体用于布料涂层的吸波效果。结果发现:La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_(3)/α-Fe_(2)O_(3)与石蜡以质量比7∶3混合后的吸波性能显著,分别在厚度5.0和9.5 mm处能吸收99.9%以上的入射电磁波,吸波性能优异。此外,在1~18 GHz和1.0~10 mm范围内,样品La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_(3)/α-Fe_(2)O_(3)的总有效吸收(≦-10 dB)带宽覆盖测试带宽的91.8%,实现了雷达多频段的有效吸收。复合材料良好的吸波性能得益于La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_(3)和α-Fe_(2)O_(3)的介电损耗和磁损耗的共同作用,实现对电磁波的有效吸收。涂层法和平纹编制法制备的布料在5.84 GHz处也可以吸收90%以上的入射电磁波,为复合吸波材料及吸波织物的设计研究提供了新思路。

基于不同形貌硫化钴材料的吸波性能研究

为了进一步探究硫化钴(CoS)材料在吸波领域的发展潜力,为后续制备CoS基多元复合材料提供参考,采用溶剂热法分别制备了球状、纳米颗粒状、花状3种不同形貌的CoS材料,并对3种CoS材料的微观形貌、物相结构和吸波性能进行表征分析。结果表明:相较于纳米颗粒状和花状,球状CoS具有更为复杂的3D多孔结构且呈现出良好的阻抗匹配,更利于实现对入射电磁波的多重散射消耗,在填料量同为40wt%时,球状CoS的最小反射损耗为-44.59 dB,有效吸波带宽最大可达3.6 GHz,对应匹配厚度为1.5 mm。3种不同形貌的CoS材料吸波性能的研究为后续制备新型高效的CoS基多元复合吸波材料提供了良好的参考价值。

涂层层数对镍粉/石墨基复合材料介电性能和吸波性能的影响

为了解制备工艺对涂覆型吸波材料性能的影响,实验研究涂层层数对镍粉/石墨基复合材料的介电性能及吸波性能的影响机制。选用PU2540型聚氨酯为黏结剂,镍粉、石墨为功能粒子,涤/棉平纹织物为基布,采用纺织涂层(刮涂法)工艺制备了涂层层数不同的镍粉/石墨基涂层复合材料。测试该复合材料的介电常数(实部、虚部、损耗角正切值)和反射损耗,分析涂层层数对复合材料介电性能和吸波性能的影响。结果表明:在测试频率1^(1)000 MHz范围内,3层的镍粉/石墨基复合材料对电磁波的极化能力、损耗能力及耦合能力最强;在测试频率10~3000 MHz范围内,涂层层数2层的复合材料的吸波性能最好,反射损耗最小峰值为-26.460 dB;3种涂层层数不同的复合材料在不同频段表现出不同的吸波特性。所得结果可为开发经济实用的吸波材料提供理论参考。

羰基铁/炭黑-聚氨酯双层复合材料的吸波性能

制备了羰基铁-聚氨酯和炭黑-聚氨酯单层复合材料,研究了羰基铁和炭黑质量分数对其微观形貌、电磁参数和吸波性能的影响规律。在此基础上,采用Matlab软件设计了羰基铁/炭黑-聚氨酯双层复合材料,研究了总厚度和厚度分布对其吸波性能的影响规律。结果表明:羰基铁-聚氨酯和炭黑-聚氨酯复合材料的微观形貌均呈现泡孔结构。随着羰基铁和炭黑质量分数的增加,泡孔结构逐渐破损且尺寸减小,电磁参数增加。羰基铁-聚氨酯复合材料在羰基铁质量分数为60%、厚度为4.5 cm时,具有最优吸波性能。反射率低于-10 dB的带宽达到12.1 GHz,最小反射率达到-31 dB。炭黑-聚氨酯复合材料在炭黑质量分数为7%、厚度为5 cm时,具有最优吸波性能。反射率低于-10 dB的带宽达到13.1 GHz,最小反射率达到-32 dB。羰基铁/炭黑-聚氨酯双层复合材料在7%炭黑厚度为3 cm、60%羰基铁厚度为1 cm时,具有最优吸波性能,反射率低于-10 dB的带宽达到11.5 GHz,最小反射率达到-51 dB,更具“薄、轻、强”的使用性能。

MOFs衍生Co/C纳米复合材料的吸波性能研究

采用原位热解法在特定温度下制得金属有机骨架衍生Co/C纳米复合材料,并探究了热解温度对Co/C纳米复合材料电磁波吸收性能的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和矢量网格分析仪(VNA)等对其微观形貌、晶体结构和吸波性能进行表征.研究表明,热解温度对样品的吸波性能有着明显的影响,Co/C-800表现出最佳的吸波性能,其最大反射损耗可达-20.88 dB,有效吸收带宽可达4.24 GHz.这一成果对探索新型高效的Co/C复合吸波材料具有一定的借鉴意义.

钡铁氧体粉体的制备及其涂层织物的吸波性能研究

采用微波水热法合成钡铁氧体(BaFe_(12)O_(19))磁性粉体,采用机械混合法将BaFe_(12)O_(19)和聚偏氟乙烯(PVDF)粉体混合,以水性聚氨酯作为黏结剂,通过流延法制备BaFe_(12)O_(19)/PVDF复合吸波剂,将复合吸波剂涂覆在锦纶织物上制备吸波织物;研究了BaFe_(12)O_(19)粉体的晶体结构、化学结构、磁性能,以及吸波织物的力学性能、疏水性能、吸波性能。结果表明:合成的BaFe_(12)O_(19)粉体的相组成和晶体结构与已知的标准BaFe_(12)O_(19)相一致,具有较高的纯度,且具有良好的磁性能;随着涂层厚度的增加,吸波织物的断裂强力和断裂伸长率均呈现上升趋势,涂层厚度为3.5 mm时吸波织物的力学性能最好,断裂强力为1734.32 N,断裂伸长率为57.36%;随着PVDF加入量的增加,吸波织物的水接触角有所增大,但均小于90°;PVDF的加入有效提高了吸波织物的吸波性能,在BaFe_(12)O_(19)/PVDF质量比为1.00.6、涂层厚度为2.5 mm时,吸波织物的有效吸收带宽最宽,达2.48 GHz,吸波性能最好。

钡铁氧体与羰基铁复合材料的吸波性能研究

本文制备了钡铁氧体和羰基铁复合材料作为吸波材料,分析讨论了钡铁氧体在复合材料中不同含量对复合材料在2~18 GHz波段的电磁参数及吸波性能的影响。结果表明:随着钡铁氧体含量的减少,介电常数先增大后减小,在钡铁氧体含量为25%时达到最大。在2~7 GHz频段,磁导率随钡铁氧体含量的减少而增加,在7~18 GHz频段,磁导率随钡铁氧体含量的减少而减少;当钡铁氧体含量为50%,厚度为1.7 mm,最小反射损耗为−41 dB,有效吸收频率为9.2~14.9 GHz,带宽达5.7 GHz,复合材料的吸波性能最佳。

仿生中空SiC纤维制备及吸波性能研究

采用静电纺丝法结合碳热还原制备出仿生中空碳化硅纤维。借助XRD、SEM和EDS分析了样品的物相组成和微观形貌,发现纤维物相为β-SiC和少量无定形SiO_(2),纤维呈现出中空结构,纤维直径约为250nm,表面出现纳米孔洞。利用矢量网络分析仪测试了纤维材料2~18GHz频率范围内的电磁参数,结果表明,当纤维填充量为25wt%时,样品的损耗角正切值峰值较大,且具有较高的衰减常数,峰值达到307.87,同时当吸收层厚度为2.2mm时,在16.1 GHz时反射损耗为-34.6dB,有效带宽为8.2GHz。这是由于纤维的中空结构引起微波在材料内部发生多次反射、散射和德拜弛豫,从而赋予材料良好吸波性能。

纳米氧化物对混凝土吸波性能的影响研究

将分散良好的纳米SiO_(2)、纳米Fe_(2)O_(3)及纳米Al_(2)O_(3)颗粒作为吸波材料掺入混凝土中,制备了纳米SiO_(2)混凝土(NS)、纳米Fe_(2)O_(3)混凝土(NF)及纳米Al_(2)O_(3)混凝土(NA),采用弓形法扫频测量系统分别研究了纳米混凝土的吸波性能,结果表明:NF、NA在较低频率范围内雷达波反射率较小,在较高频率时雷达波反射率较大,而NS则反之,在一定频段内,复合掺入纳米Fe_(2)O_(3)及纳米SiO_(2)颗粒较之单独掺入,可显著降低混凝土的雷达波反射率;增大试件厚度可降低某些特定频段的混凝土雷达波反射率;在掺量为1%~5%时,混凝土的雷达波反射率随着纳米Fe_(2)O_(3)掺量的增大而降低。

MXene/Fe_(3)O_(4)改性织物的制备及吸波性能研究

为了改善现有吸波材料柔性差的问题,采用层层喷涂的方法在等离子体处理过的棉织物上负载MXene/Fe_(3)O_(4)分散液,制备了纺织基吸波织物。对不同Fe_(3)O_(4)负载量下改性织物的形貌结构进行表征,并测试分析其吸波性能。结果表明:MXene负载量2 mg/cm^(2),Fe_(3)O_(4)负载量48 mg/cm^(2)时制备得到的MXene/Fe_(3)O_(4)复合吸波织物,在织物厚度1.5 mm,电磁频率10.3 GHz时最小反射损耗达到-27 dB,其有效吸收带宽几乎覆盖整个X波段。认为:MXene/Fe_(3)O_(4)改性织物具有良好吸波性能,在柔性可穿戴吸波材料领域具有广泛的应用前景。