钡铁氧体包覆碳纳米管复合颗粒的制备及其应用的研究

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随着现代武器装备的飞速发展,各种探测和制导手段也日益多样化,这就要求隐身技术从单一频谱隐身向宽频谱、多功能、全方位隐身方向发展。激光与雷达兼容隐身一直是隐身技术上的一大课题。碳纳米管(CNTs)不仅具有导电性,而且具有小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,因此碳纳米管对雷达波表现出较好的吸收性能;此外,由于碳纳米管的孔径尺寸远小于1.06μm激光,对激光表现出良好的吸收性。这为制备激光与雷达兼容隐身材料提供了可行性。然而碳纳米管是一种典型的电损耗型吸波材料,纯的CNTs没有磁性,阻抗匹配较差,实际吸波效果并不理想。采用钡铁氧体(BaFe12O19)对碳纳米管进行包覆改性,可以有效的改善碳纳米管的阻抗匹配,从而提高其吸波性能。本文针对BaFe12O19开展研究工作,深入探讨了BaFe12O19粉体和CNTs-BaFe12O19粉体的合成工艺及其相关影响因素,在此基础上制备了BaFe12O19/环氧树脂和CNTs-BaFe12O19/环氧树脂涂层,并研究了各种影响因素对雷达波反射损耗率的影响规律以及涂层激光兼容性。  本研究首先采用水热法制备BaFe12O19粉体,研究了各种工艺参数对BaFe12O19晶粒尺寸以及结晶度的影响。水热反应体系中Ba2+浓度的提高、反应温度的升高以及反应时间的延长,均有助于钡铁氧体晶粒的形成与增长。当反应体系中Ba2+与Fe3+摩尔比为4∶12,在200℃下恒温12h时,制备了片状六边形结构的钡铁氧体,颗粒尺寸在0.5~1.5μm之间。其次,研究了碳纳米管负载掺钡铁氧体(CNTs-BaFe12O19)粉体的制备。采用水热氧化法,在V硝酸∶V硫酸=1∶3、60℃、反应3h的条件下得到纯化效果较好的碳纳米管;通过水热晶化法,在纯化后的碳纳米管表面包裹一层BaFe12O19,制得CNTs-BaFe12O19复合粉体。借助各种现代分析手段对其进行表征,结果表明:纯化后的碳纳米管保持了其特有的管状结构,并且在表面枝接了大量羟基、羧基等基团;反应体系中Ba2+与Fe3+摩尔比为4∶12时,在200℃下反应12h,制得分散性较好的CNTs-BaFe12O19复合粉体,BaFe12O19在碳纳米管表面形成一层均匀、连续、致密的包覆层。最后,采用球磨分散、辅助超声分散的方式,以乙醇为分散介质,对BaFe12O19和CNTs-BaFe12O19粉体进行分散,随后制得BaFe12O19/环氧树脂和CNTs-BaFe12O19/环氧树脂涂料,对其雷达波反射损耗率以及其激光兼容性进行了测试。结果表明:当BaFe12O19/环氧树脂涂层厚度为39mm时,最小反射损耗率为-13.1dB,小于-10dB带宽达0.8GHz; CNTs-BaFe12O19/环氧树脂厚度4.1mm时,在10.9GHz处反射损耗率减小至-11.4dB,16.3GHz处反射损耗率达到-18.8dB,小于-10dB带宽达2.1GHz。当CNTs-BaFe12O19/环氧树脂复合涂层厚度达到2.6mm时,激光反射率降低为0.2%左右,初步实现了雷达吸波材料的激光兼容性。
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