碳基纳米复合吸波材料的设计及其吸波性能研究

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为加强现代飞行器和武器装备的生存能力,逃避雷达追踪而实现隐身,吸波材料一直是各国着力研究的热点。在海湾战争、科索沃战争、伊拉克战争等局部战争中,具备吸波材料的军事装备已在战争中实现了出其不意的战略效果。同时,随着现代技术的快速发展,电磁干扰以及辐射的危害也日趋严重。继空气污染、水污染、噪声污染后,电磁污染已成为另一不容忽视的污染源。为有效解决这一污染给人类生存环境带来的困扰,科研工作者一直致力于高性能吸波材料的研究和开发。实际应用中要求吸波材料满足“厚度薄、吸收强、频带宽、密度低”的条件。实现这一要求的关键在于对吸波材料的电磁参数的调控。其中,材料的组成、结构、形貌、尺寸大小等因素对电磁参数的调控至关重要。本博士论文从形貌调控、介电/磁性材料复合、晶体缺陷调控、测试材料厚度等方面研究了吸波材料电磁参数的调控手段,并对其吸波性能展开了深入的研究。论文的研究内容分为以下五部分:(1)在高温有机液相中,改变表面活性剂的种类或用量,通过乙酰丙酮铁热解反应成功制备了球状、立方状、三角片状的Fe304纳米粒子。研究了形貌以及尺寸对磁性纳米粒子电磁参数以及吸波性能的影响。当三角片状的Fe3O4纳米粒子吸波体厚度为2.5 mm时,最小反射损耗系数RL=-32.1 dB,有效吸收带宽10.6-13.3GHz。(2)利用简单的水浴反应,成功地制备出了多孔棒状的Co/CoO微米粒子。当活性物质的比例超过逾渗阈值,Co/CoO与石蜡的复合物的电磁参数有一个明显的增加,从而有效地增加了吸收带宽以及吸收强度。当吸波体厚度为1.7 mm时,最小反射损耗系数RL-47.9 dB,有效吸收带宽6.8-9.7 GHz。(3)利用简单的水浴反应,成功地制备出了花状和棒状的Fe304/C多孔微米粒子。研究了形貌以及尺寸大小对Fe3O4/C多孔微米粒子电磁参数的影响。同时,发现测试环厚度对电磁参数测试有着一定的影响,并对材料介电谱中出现的共振现象给出了合理的尺寸共振解释。其中,棒状Fe304/C吸波体厚度为2.5 mm,最小反射损耗系数RL=-38.1dB,有效吸收带宽7.9-13.5 GHz。(4)采取简单的固相法,以葡萄糖为碳源和还原剂,硝酸盐为磁性纳米粒子前驱体,一步法制备出了一系列磁性/碳二维纳米复合物。研究了升温速率、复合材料组分比等因素对材料电磁参数以及吸波性能的影响。对于样品Fe3O4/C-1.0,在厚度为2.48 mm时,最小反射系数达到-46 dB,有效带宽为10.3-17.1 GHz。(5)采取简单的固相法,一步合成了 LaFeO3/C二维纳米复合物,通过在具有钙钛矿结构的铁酸镧中引入镧离子缺陷,缺陷引起极化效应,有效地改变材料的介电常数,从而实现对材料电磁参数以及吸波性能的调控样品L0.8FOC在厚度为2.94mm时性能最为优异,最小反射损耗系数最小RL=-26.6 dB,有效吸收带宽8.0-12.4 GHz。本论文提供了材料的形貌、介电/磁性材料的复合、晶体的缺陷、测试环的厚度等方面对电磁参数和吸波性能的调控手段,为多相复合吸波材料的设计提供了指导思路,为材料的电磁参数变化和吸波机理研究提供了理论依据,为实现吸波材料的“薄、轻、宽、强”的性能要求给出了有效的解决途径,对碳基复合材料和纳米复合材料在吸波材料领域的应用做出了一定贡献。
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