论文部分内容阅读
电磁污染不仅会造成电子设备失灵和计算机信息的泄露,还会对人体的身心健康产生危害。另外,在军事上如何能有效躲避敌方雷达的探测,对取得战争的胜利尤为重要。吸波材料可以有效的吸收电磁波,并将电磁能转换为其它能量(如热能)而耗散,既能实现隐身功能又能消除电磁污染。然而,单一的电损耗和磁损耗材料,吸波性能差、有效带宽窄,同时传统铁氧体系列吸波材料,密度大、吸收频带窄,难以满足当前隐身武器对吸波材料“轻、宽、强、薄”的要求。采用电损耗和磁损耗材料复合构建多孔羰基铁粉@聚苯胺(p-CIP@PANI)磁性粒子调节材料的阻抗匹配,并利用多孔粒子增加电磁波反射界面,延长电磁波在材料内部的反射路径;进一步通过溶液共混法分别与多壁碳纳米管和石墨烯复合制备了三元吸波功能材料;对其环氧树脂(EP)基复合材料微观形貌结构和吸波性能进行了测试与表征,结果如下:(1)使用一水柠檬酸和氯化铁的酸腐蚀液对尺寸为2.5~3.5μm的球形羰基铁粉进行化学腐蚀处理,制备的多孔羰基铁粉与未进行酸腐蚀的羰基铁粉相比质量下降了40%。扫描电镜表明聚苯胺在多孔羰基铁粉表面进行了包覆形成了“核-壳”结构。m(AN):m(p-CIP)=2:1时,p-CIP@PANI粒子包覆致密。由于聚苯胺的存在,p-CIP@PANI的饱和磁化强度(M_S)为141.5 emu/g,与多孔CIP的M_S相比下降了33%;矫顽磁力为2.2 Oe,远低于多孔CIP的矫顽磁力(6.7 Oe)。(2)p-CIP@PANI/多壁碳纳米管环氧树脂基复合材料吸波性能相比单一多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料吸波性能提高。纯多壁碳纳米管含量为5 wt%的环氧树脂基复合材料的最强吸收值均大于-5 dB,吸波性能差;随着p-CIP@PANI的引入,复合材料的吸波性能增强;当材料厚度为2.5 mm,p-CIP@PANI用量为30 wt%时,在9.3 GHz处最强吸收值达到-19.7 dB,对应有效吸收频带约为3.2GHz(8.2~11.4 GHz),当p-CIP@PANI用量增至为40 wt%时,复合材料的最强吸收值在8.82 GHz处增加到-31.5 dB,但有效吸收频带则减小为2.9 GHz(7.55~10.54 GHz)。多壁碳纳米管和p-CIP@PANI形成协同效应,与基体中的p-CIP@PANI连接起来形成三维导电网络结构,增加吸波材料对入射电磁波的电损耗。(3)p-CIP@PANI/石墨烯环氧树脂基复合材料吸波性能相比单一石墨烯/环氧树脂复合材料吸波性能提高。纯石墨烯含量为5 wt%的环氧树脂基复合材料在9.7 GHz最强吸收值-9.5 dB。随着p-CIP@PANI的引入,复合材料的吸波性能增强;当试样厚度为3.5 mm,p-CIP@PANI用量为40 wt%时,在6.8 GHz处最强吸收值达到-44.3 dB,对应有效吸收频带约为3.1 GHz(5.2~8.3 GHz),厚度为2mm时,在12.8 GHz处最强吸收值达到-30.3 dB,对应有效吸收频带约为4.6 GHz(10.2~14.8 GHz)。“核-壳”结构的p-CIP@PANI磁性粒子和电损耗型的石墨烯协同作用改善了材料的阻抗匹配,同时石墨烯片层、p-CIP@PANI以及树脂基体间的界面引起界面极化弛豫、缺陷极化的增强损耗。(4)当p-CIP@PANI含量为40 wt%时,对比质量分数均为5 wt%的石墨烯和多壁碳纳米管的复合材料,在阻抗虚部接近0时,其多壁碳纳米管复合材料输入阻抗实部为581.4Ω,而石墨烯复合材料输入阻抗实部为449.6Ω,更接近空气阻抗的实部377Ω,阻抗匹配更好;石墨烯复合材料有效带宽为4.6 GHz也明显优于多壁碳纳米管复合材料的有效带宽3.2 GHz,石墨烯与多孔磁性粒子复合具有更优异的吸波性能。石墨烯比表面积大,表面有缺陷,介电损耗高,介电常数和磁导率都优于碳纳米管,在复合材料中除了能够形成强大的导电网络外还可以通过界面极化和缺陷极化机制损耗电磁波。