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Research on Infrared Emissivity and Laser Reflectivity of Sn_(1−x)Er_(x)O_(2)Micro/Nanofibers Based on First-Principles

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Journal of Renewable Materials 2023年第2期11卷 921-936页

作者： Yuanjia Xia Fang Zhao Zhizun Li zhaogang cheng Jianwei Hu Shijiazhuang Campus Army Engineering University of PLAShijiazhuang050003China

Sn_(1−x)Er_(x)O_(2)(x=0%,8%,16%,24%)micro/nanofibers were prepared by electrospinning combined with heat treatment using erbium nitrate,stannous chloride and polyvinylpyrrolidone(PVP)as raw *** target products were characterized by thermogravimetric analyzer,X-ray diffrotometer,fourier transform infrared spectrometer,scanning electron microscope,spectrophotometer and infrared emissivity tester,and the effects of Er^(3+)doping on its infrared and laser emissivity were *** the same time,the Sn_(1−x)Er_(x)O_(2)(x=0%,16%)doping models were constructed based on the first principles of density functional theory,and the related optoelectronic properties such as their energy band structure,density of states,reflectivity and dielectric constant were analyzed,and further explained the mechanism of Er^(3+)doping on SnO_(2)infrared emissivity and laser absorption from the point of electronic *** results showed that after calcination at 600℃,single rutile type SnO_(2)was formed,and the crystal structure was not changed by doping Er^(3+).The calcined products showed good fiber morphology,and the average fiber diameter was 402 *** infrared emissivity and resistivity of the samples both decreased first and then increased with the increase of Er^(3+)doping *** x=16%,the infrared emis-sivity of the sample was at least 0.71;and Er^(3+)doping can effectively reduce the reflectivity of SnO_(2)at 1.06μm and 1.55μm,when x=16%,its reflectivity at 1.06μm and 1.55μm are 50.5%and 40%,respectively,when x=24%,the reflectivity at 1.06μm and 1.55μm wavelengths are 47.3%and 42.1%,*** the same time,the change of carrier concentration and electron transition before and after Er^(3+)doping were described by first-principle calculation,and the regulation mechanism of infrared emissivity and laser reflectivity was *** study provides a certain experimental and theoretical basis for the development of a single-type,light-weight and easily prepa

关键词： Micro/nano fibers Er^(3+)doping SnO_(2) laser and infrared compatible stealth material

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基于双磁介质层复合的超材料低频吸波体研究

稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 398-402页

作者：李泽孙海涛程兆刚闫晶北京特种工程设计研究院北京100028 陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003

本研究将磁性吸波涂层融入至超材料的结构设计中,得到了一种新型低频复合超材料吸波体,吸波体由环形电阻膜、双层磁性吸波涂层和金属背板组成。采用CST仿真软件计算了超材料吸波体的吸收性能,研究了吸波体各个结构参数对吸收性能的影响... 详细信息

本研究将磁性吸波涂层融入至超材料的结构设计中,得到了一种新型低频复合超材料吸波体,吸波体由环形电阻膜、双层磁性吸波涂层和金属背板组成。采用CST仿真软件计算了超材料吸波体的吸收性能,研究了吸波体各个结构参数对吸收性能的影响。仿真结果表明,设计的超材料吸波体厚度为2.5 mm时,在1.9和4 GHz处存在2个吸收峰,在1.59~6.59 GHz频率范围内反射损耗低于-8 dB,吸收带宽达到5 GHz。通过吸波体电磁场分布对吸波机理进行了讨论。结果表明,吸波体低频吸收带宽的增加是由于表面的电阻膜图案改变了超材料吸波体的电场分布和磁场分布,促进了磁介质层的损耗。最后制备了吸波体样品并进行了反射率测试,实物测试结果与仿真结果基本一致,说明设计制备的吸波体具有优异的低频吸波性能,吸波带宽相比磁性吸波涂层大幅提高。

关键词：超材料吸波体磁性材料低频吸波结构设计

镧掺杂二氧化锡中空微纳米球的制备及吸波性能

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硅酸盐学报 2020年第1期48卷 1-7页

作者：赵芳张飒唐香珺程兆刚韩凯陆军工程大学石家庄校区石家庄050003

以硝酸镧、氯化亚锡和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用电喷法结合后续高温煅烧技术制备了La^3+掺杂Sn O2中空微纳米球。通过热重分析仪、Fourier变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和矢量网络分析仪等手段对目标产物进行了表... 详细信息

以硝酸镧、氯化亚锡和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用电喷法结合后续高温煅烧技术制备了La^3+掺杂Sn O2中空微纳米球。通过热重分析仪、Fourier变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和矢量网络分析仪等手段对目标产物进行了表征,研究了Sn O2微纳米球中空结构的形成机制及La^3+掺杂对其物相、微观形貌和吸波性能的影响。研究表明:La^3+掺杂Sn Cl2/PVP前驱体聚合物呈完整球形,表面光滑,球径分布在0.5~2.2μm之间。经600℃煅烧后,均生成了单一金红石型Sn O2,且La^3+的加入未改变Sn O2的晶体结构;煅烧后产物均为中空球状,球面由许多小颗粒堆积而成,表面粗糙不平。当匹配厚度为2 mm时,La^3+掺杂比例为0.6%(摩尔分数)的产物的吸波效果最佳:最低反射率为–29 d B,对应的吸收频率为11.1 GHz,低于–10 d B的吸收频带为10.0~13.0 GHz;该掺杂比例的产物随匹配厚度增加,最低反射率向低频移动,在8 GHz以下的最佳匹配厚度为4 mm,在此厚度下吸波性能优良:最低反射率为–27 d B,对应的吸收频率为4.9 GHz,低于–10 d B的吸收频带为4.5~5.8 GHz。

关键词：镧掺杂二氧化锡电喷法中空微纳米球微波吸收性能

Fe添加对自蔓延离心熔铸TiC–TiB--_2复相陶瓷结构和性能的影响

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硅酸盐学报 2016年第6期44卷 811-816页

作者：陈硕张龙赵忠民程兆刚军械工程学院特种陶瓷实验室石家庄050003

在(Ti+B_4C)燃烧体系中引入Fe添加剂,釆用自蔓延离心熔铸技术制备出含有不同质量分数Fe的TiC–TiB_2复相陶瓷。结果表明:TiC–TiB_2凝固陶瓷以大量细小TiB_2片晶、不规则TiC晶粒及分布于晶间的断续网状Fe黏结相组成。适量Fe的添加,可以... 详细信息

在(Ti+B_4C)燃烧体系中引入Fe添加剂,釆用自蔓延离心熔铸技术制备出含有不同质量分数Fe的TiC–TiB_2复相陶瓷。结果表明:TiC–TiB_2凝固陶瓷以大量细小TiB_2片晶、不规则TiC晶粒及分布于晶间的断续网状Fe黏结相组成。适量Fe的添加,可以加快反应体系组元之间的扩散,促进复相陶瓷内部气体排出与成分均匀化,促使陶瓷致密化、基体晶粒细化、组织均匀性改善,同时作为韧性相,在裂纹扩展过程中又可诱发延性相增韧机制,提高陶瓷的致密度与力学性能,但是过多引入Fe添加剂,将促使TiB_2初生相异常长大,劣化陶瓷组织均质性。

关键词：二硼化钛基复相陶瓷铁金属添加剂致密度力学性能

TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料界面结构与力学性能

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复合材料学报 2016年第11期33卷 2600-2608页

作者：陈硕张龙赵忠民程兆刚军械工程学院特种陶瓷实验室石家庄050003

采用自蔓延高温合成离心熔铸工艺可以快速制备出TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料,并在层间界面上形成TiB_2基陶瓷/Fe-Ni合金相三维网络跨尺度连续梯度复合结构,使层状复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区与合金钢基底3层结构。通过... 详细信息

采用自蔓延高温合成离心熔铸工艺可以快速制备出TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料,并在层间界面上形成TiB_2基陶瓷/Fe-Ni合金相三维网络跨尺度连续梯度复合结构,使层状复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区与合金钢基底3层结构。通过材料力学性能测试并结合FESEM、HRTEM观察,得出正是由于层间界面上原位生成TiB_2基陶瓷/Fe-Ni合金的三维网络跨尺度连续梯度复合结构,使复合材料不仅具有高的弯曲强度与断裂韧性,而且又使之在三点弯曲测试时呈现出明显的"假塑性"力学行为特征。同时,陶瓷基体附近界面上TiB_2基陶瓷/Fe-Ni基合金复合结构裂纹互锁效应与中间过渡区上TiB_2微纳米/纳米晶沉淀强化机制的协同作用又使TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料具有高的层间界面剪切强度。

关键词：层状复合材料自蔓延高温合成离心熔铸界面结构跨尺度梯度演化力学行为

Sn_(1-x)Sm_(x)O_(2)微纳米纤维的红外发射率与激光吸收性能:实验研究与第一性原理仿真

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稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 31-40页

作者：夏元佳赵芳李志尊程兆刚许宝才陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003 河北工业职业技术大学河北石家庄050091

采用静电纺丝法结合热处理工艺制备了Sn_(1-x)Sm_(x)O_(2)(x=0%,8%,16%,24%,质量分数,下同)微纳米纤维,表征了产物的物相、形貌、激光吸收性能和红外发射率,同时基于密度泛函理论的第一性原理对比分析了Sn_(1-x)Sm_(x)O_(2)(x=0%,16%)... 详细信息

采用静电纺丝法结合热处理工艺制备了Sn_(1-x)Sm_(x)O_(2)(x=0%,8%,16%,24%,质量分数,下同)微纳米纤维,表征了产物的物相、形貌、激光吸收性能和红外发射率,同时基于密度泛函理论的第一性原理对比分析了Sn_(1-x)Sm_(x)O_(2)(x=0%,16%)的相关光电性质,进一步从电子结构角度解释了Sm^(3+)掺杂对SnO^(2)红外发射率和激光吸收的作用机理。结果表明:经600℃煅烧后,Sn_(1-x)Sm_(x)O_(2)均为单一金红石型结构,呈现出良好的纤维形貌,纤维相互交错,形成无规则三维网状结构,且各元素在纤维上分布均匀。随着Sm3+掺杂量的增大,产物在1064和1550 nm处的反射率逐渐降低,红外发射率先减小后增大。当x=16%时,在1064 nm处的反射率为53.9%,在1550 nm处的反射率为38.5%,在8‒14μm波段的红外发射率为0.749,为“薄轻宽强”的新型激光与红外兼容隐身材料提供了一定的理论与实践依据。

关键词：微纳米纤维激光吸收红外发射率第一性原理半导体

中间钛片对TiB_2基陶瓷/钛合金梯度复合材料组织及性能的影响（英文）

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稀有金属材料与工程 2018年第3期47卷 788-793页

作者：陈硕赵忠民张龙程兆刚于贵波陆军工程大学特种陶瓷实验室河北石家庄050003

在钛合金与陶瓷粉末之间引入厚度0.5~1.5mm的中间钛片,采用自蔓延离心熔铸工艺快速制备出了TiB_2基陶瓷/钛合金梯度复合材料。经过XRD、FESEM和EDS分析表明,添加钛片对陶瓷相没有明显的影响,但随着中间钛片厚度的增加,不仅细化陶瓷基体... 详细信息

在钛合金与陶瓷粉末之间引入厚度0.5~1.5mm的中间钛片,采用自蔓延离心熔铸工艺快速制备出了TiB_2基陶瓷/钛合金梯度复合材料。经过XRD、FESEM和EDS分析表明,添加钛片对陶瓷相没有明显的影响,但随着中间钛片厚度的增加,不仅细化陶瓷基体并改善其组织均匀性,而且增加了梯度界面厚度,减小甚至消除了钛合金基底热影响区。同时,热真空条件下液态陶瓷与钛合金之间发生熔化连接和原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB_2与Ti液的包晶反应TiB_2(s)+Ti(l)→2TiB(s),TiB自Ti液中的析晶反应和TiB与Ti液的共晶反应,实现了TiB_2的消减及TiB的生长,不仅改善了界面的残余应力,而且获得了陶瓷/钛合金多尺度多层次复合。界面组织结构的梯度演化与陶瓷/钛合金的热匹配不仅使梯度材料的硬度呈连续变化,而且使界面剪切强度达到了(316±25)MPa。

关键词：梯度复合自蔓延界面结构原子互扩散热匹配

MWCNTs/Zn0.96Co0.04O复合纳米纤维的电纺制备及其红外/雷达兼容隐身性能

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稀有金属材料与工程 2020年第12期49卷 4262-4270页

作者：汪心坤程兆刚赵芳王建江李泽中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003

通过混酸来纯化多壁碳纳米管(MWCNTs),采用静电纺丝技术制备了MWCNTs/Zn0.96Co0.04O复合纳米纤维。采用TGA、XRD、FT-IR、SEM和TEM等手段对产物进行了表征;利用矢量网络分析仪和IR-2红外发射率测试仪分别测试了产物的电磁参数和红外发射... 详细信息

通过混酸来纯化多壁碳纳米管(MWCNTs),采用静电纺丝技术制备了MWCNTs/Zn0.96Co0.04O复合纳米纤维。采用TGA、XRD、FT-IR、SEM和TEM等手段对产物进行了表征;利用矢量网络分析仪和IR-2红外发射率测试仪分别测试了产物的电磁参数和红外发射率,研究了MWCNTs的复合量对产物吸波性能和红外发射率的影响。结果表明:经600℃煅烧后得到的MWCNTs/Zn0.96Co0.04O复合纳米纤维直径约为160 nm。当MWCNTs的质量分数为6%时,产物具有最低红外发射率为0.61;当匹配厚度为1.5 mm时,产物在13.8 GHz处最低反射损耗值为–26.4 dB,小于–10 dB的吸收频段为11.8~15.8 GHz,有效吸收带宽为4.0 GHz。这使得MWCNTs/Zn0.96Co0.04O复合纳米纤维有望成为一种极具应用前景的红外/雷达兼容隐身材料。

关键词：多壁碳纳米管氧化锌钴掺杂静电纺丝红外/雷达兼容隐身性能

可用于红外隐身的多功能Sn_(0.84)Sb_(0.08)Sm_(0.08O2)/TPU复合微纳米纤维薄膜

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稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 852-859页

作者：夏元佳赵芳刘国庆李志尊程兆刚张宇李泽陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003 北京特种工程设计研究院北京100028

以自制的中空多孔微纳纤维结构Sn_(0.84)Sb_(0.08)Sm_(0.08O2)和热塑性聚氨酯(TPU)为原料,利用静电纺丝法制备Sn_(0.84)Sb_(0.08)Sm_(0.08O2)/TPU(Sn_(0.84)Sb_(0.08)Sm_(0.08O2)添加质量分数为0%、3%、6%和9%)复合微纳米纤维薄膜。结果表明:复合薄膜的微观形貌均呈现纤维状三维网络结构;复合薄膜的抗拉伸强度和伸长率随着添加量的增加均呈现先增强后减弱的趋势,当添加量为6%时,薄膜的抗拉伸强度为2.68 MPa,伸长率为573%,是TPU薄膜的1.5和8.3倍。Sn_(0.84)Sb_(0.08)Sm_(0.08O2)的添加将复合薄膜的热分解温度和接触角分别提升至303℃和120°。复合薄膜的红外发射率随Sn_(0.84)Sb_(0.08)Sm_(0.08O2)添加量的增加而逐渐减小,当添加量为9%时,样品在3~5和8~14μm波长区间的红外发射率分别为0.576和0.652。本研究制备的复合薄膜具有良好的疏水性、热稳定性、柔韧性和红外隐身性能,为轻质红外隐身材料的研究提供了实验依据,在红外隐身领域具有一定的应用前景。

关键词：红外隐身半导体 TPU 多功能化薄膜