阻抗漸變納米複合材料製備及電磁波趨深吸收性能研究

《阻抗漸變納米複合材料製備及電磁波趨深吸收性能研究》是依託大連理工大學,由董星龍擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：阻抗漸變納米複合材料製備及電磁波趨深吸收性能研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董星龍

項目摘要

兼具電磁波吸收性能和力學強度的功能/結構一體化樹脂基複合材料，具有重要的理論研究和工程套用價值。本項目擬以核/殼型磁性/介電納米複合粒子作為微波吸收劑，梯度填充到PBO-C纖維增強樹脂基體中，形成由透波層、淺吸收層到深吸收層構成的阻抗漸變趨深吸收結構，實現樹脂基納米複合材料的全波段微波吸收功能和承載強度。著重研究梯度分布納米粒子吸收劑的電磁波回響特性，異類納米吸收劑的複合及其協同作用，建立複合材料結構與吸波性能的構效關係。解決納米粒子表面改性及分散、多種單元界面作用及複合過程中的材料科學問題。探索微觀結構、電磁參數與吸波性能之間的內在關聯，發現電磁波能量趨深吸收及損耗的主導機制。本項目提出的通過異質多層纖維增強複合材料實現阻抗漸變型微波吸收體的設計思想，在結構和性能雙向可控的基礎上，將大大提升其綜合性能和套用價值，降低傳統功能塗層的呆重負載，提供功能/結構一體化設計的理論依據和實驗基礎。

結題摘要

兼具電磁波吸收性能和力學強度的功能/結構一體化樹脂基複合材料，具有重要的理論研究和工程套用價值。本項目以核/殼型磁性納米複合粒子作為微波吸收劑，梯度填充到碳纖維增強樹脂基體中，形成由透波層、淺吸收層到深吸收層構成的阻抗漸變趨深吸收結構，實現全波段微波吸收功能和承載能力。 宏量製備Fe基納米粒子，平均粒徑為65.7nm，呈球形，表層有少量氧化物。利用KH-550改性Fe納米粒子，提高了在樹脂基體中的分散性。確定了Fe納米粒子/碳纖維/環氧樹脂複合材料製備的最佳化工藝在環氧樹脂的固化工藝，電磁參數測試結果表明：複合材料中存在空間電荷極化、界面極化以及偶極子取向極化等極化機制，隨著Fe納米粒子體積分數增加，極化導致的介電損耗增大；Fe納米粒子在微波段存在自然共振，可能存在疇壁共振及交換共振等其它損耗機制。 Fe納米粒子/碳纖維/環氧樹脂複合材料平板樣品（20x20 cm2）中，以改性Fe納米粒子含量（0、20wt.％、30wt.％和40wt.％）、不用取向和含量碳纖維CFs（垂直、平行；1.38wt.％、2.76wt.％和5.52wt.％）為典型研究體系，研究在2~18 GHz範圍的吸波性能。研究結果表明，適宜的CFs取向方向，即當CFs排布方向垂直於微波入射方向時，將促進在平板體內微波的反射效率，這種微波多重反射為Fe納米粒子的進一步吸收提供了更多的吸收幾率和效率，納米複合材料平板的吸波性能得到了進一步提高；Fe納米粒子在複合材料平板中具有濃度梯度分布特點，使平板材料表現出“上端”、“底部”不同的吸波性能，這種性能與其結構共振、適合的電導狀態、界面極化、阻抗匹配等因素相關。本項目對環氧樹脂基體中Fe納米粒子及其分布、CFs及其取向方向對電磁性能的影響，進行了深入研究和討論。進一步測試了Fe納米粒子/碳纖維/環氧樹脂複合材料的力學性能，結果表明：含30wt.％的Fe納米粒子、2.76wt.%的CFs（垂直於微波入射方向）的平板樣品，其反射損耗為-16.2 dB（6.1 GHz），彎曲強度為77.78 MPa（3.74％變形量）；同樣的材料構成和測試方式下（除CFs含量改變為5.52wt.％外），其反射損耗變化為-26.8 dB（4.9 GHz），此時輸入阻抗為413 ，彎曲強度為109.21 MPa（4.20％變形量）。