基于纺织结构超材料的设计及电磁特性研究

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随着雷达技术的发展,使得人们对隐身技术的要求也越来越高。铁磁微丝自问世以来,由于其介电常数与磁导率均为复数,使其对电磁波具有吸收性能,存在优异的电磁性能一直被很多学者所研究。在基于纺织结构的基础上,将铁磁微丝以纬纱衬入的方式织入织物中。通过改变纬纱浮长线的长度来调节铁磁微丝在织物中的周期循环长度,通过改变纬纱的粗细来调节铁磁微丝之间的间距。
  研究结果表明,在二维纺织结构中,采用Co67.05Fe3.85Si14.17B11.53Ni1.44Mo1.66微丝以纬纱衬入的方式织入石英纤维织物作为预制体制备超复合材料时。在X波段(8.2~12.4GHz),含有铁磁微丝的超复合材料在垂直排布的样品具有负的介电常数,介电响应模式遵循洛伦兹振荡器模式,周期性循环长度为2.5mm的超复合材料达到了最大34%的微波吸收水平。周期性循环长度为7.5mm的超复合材料具有较少的交织点和最长的表面浮长,所以具有458MPa的抗拉强度。通过实验和模拟评估和研究了采用Co68Fe4Si11B13Ni1Mo2.3微丝在X和Ku(12.4~18GHz)波段下制备的复合材料的电磁波传播。对于由垂直排列的铁磁微丝组成的复合材料,对于1mm和0.5mm间距,介电常数在某些频带中变为负值。短周期循环长度和间距的同时存在有利于扩展频带,在该频带下,复合材料表现出单负超材料行为,由铁磁微丝的畴结构重排造成。磁导率的特征峰高度依赖于周期循环长度和间距。类似地,当周期循环长度和间隔缩短时,增强了对电磁波的动态响应。由于在等离子体频率处产生负的介电常数,所以观察到显著的透射窗口。周期循环长度的增加影响透射窗口的宽度,当间距减小时,反射和透射都减小,从而导致吸收增加到36%。根据模拟结果,在X和Ku波段下纺织复合材料的主要损耗来自电损耗,小的周期循环长度趋于形成均匀的功率损耗分布。铁磁微丝间距的减小引起强烈的长程偶极共振和磁畴壁运动,从而改善微波吸收。在三维纺织结构中,采用Co67.05Fe3.85Si14.17B11.53Ni1.44Mo1.66微丝以纬纱衬入的方式织入石英纤维织物作为预制体制备超复合材料时。相比于二维34%的微波吸收性能,该结构在铁磁微丝间距为2mm时,在Ku波段由于良好的阻抗匹配,展现出了67%的良好微波吸收水平。另外,冲击对复合材料的电磁性能影响也很小。
  因此,含有铁磁微丝的纺织结构超复合材料在隐身材料方面的应用似乎很有潜力。
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