基于羰基铁/碳纳米管复合材料的柔性结构设计及其吸波性能研究

作     者：李志慧 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陆振乾

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：羰基铁粉 碳纳米管 柔性结构 电磁波吸收 阻抗匹配 

摘      要：随着国防科学技术和各领域电子化的飞速发展,无线电技术已广泛应用到通信、天线、医疗与人们的日常生活中,为社会发展做出了重要的贡献,但随之带来的电磁波（EMW）污染问题也引起了研究者们的广泛关注。同时在军事战争中“发现即毁灭已成为当代军事战争的特点之一,隐身技术研究越来越成为国防科技发展的重要内容。因此,当前急需一种“厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强的高效吸波材料（EMWA）。核壳结构通过调控多组分有序复合实现磁-电协同作用,同时球状结构拥有更大的比表面积进一步增强电磁波传输损耗。本研究从微观和宏观结构角度出发,在微观上研究了磁电复合核壳材料的电磁波吸收特性;在宏观上基于阻抗原理,制备了多层柔性梯度型薄膜以及伪装网泡沫吸波材料,并通过仿真软件进行仿真分析与验证。研究结果如下: （1）通过水热法和原位聚合法合成了碳纳米管/钴镍包覆羰基铁粉（CNT/CIP@Co Ni）纳米复合核壳材料。通过调节碳纳米管的含量,纳米复合材料表现出优秀的EMWA性能。当CNT含量为10%时,CNT/CIP@Co Ni纳米复合材料在6.72 GHz处,实现最小反射损耗(RL)值为-49.49 d B,对应有效吸收带宽（EAB）值为2.16 GHz（5.76-7.92 GHz）,材料厚度为2.90 mm。此外,当厚度为1.50 mm时,实现最大EAB值为4.80 GHz（12.08-16.88 GHz）。 （2）通过溶胶-凝胶法和真空抽滤法制备了多层柔性梯度型CNT/CIP@Co Ni/Si O与芳纶纤维素薄膜吸波材料。通过调节吸波剂的含量,薄膜吸波材料表现出超宽EAB值。当吸波剂质量比为7:3,薄膜厚度为1.50 mm时,RL值为-53.74 d B,对应EAB值为3.44 GHz（14.56-18 GHz）。当吸波剂质量比为8:2,薄膜厚度为1.50 mm时,最宽EAB值达7.04 GHz（10.60-17.64GHz）。 （3）通过发泡、刮涂、切花和拼接等工艺将织物、吸波剂、聚氨酯（PU）和伪装网有机结合,制备出了集吸波、可见光伪装和力学承载于一体的多功能泡沫复合材料。织物的添加使得单层吸波泡沫断裂强度提升了436.76%,最大冲击载荷提升了117.18%。通过CST仿真软件模拟多层梯度型吸波泡沫的反射损耗,结果显示有序组合的双层泡沫材料,在厚度为19 mm时,实现全X波段的吸收。制备的草坪式伪装网泡沫吸波材料,在2-18 GHz频率范围内,实现EAB值为9.80 GHz（6.20-16 GHz）的超宽有效吸收。 本文分别从微观组分调控和宏观结构设计,制备了磁-电协同作用的核壳复合、分层薄膜和三维结构的伪装网泡沫吸波材料,结合电磁波材料的散射技术和吸收技术,实现了电磁波吸收材料强吸收、宽频带的目标,增强了材料在军事领域的伪装性与可实用性。