遺態(tài)功能復合材料的制備及電磁性能研究.pdf

1、近年來，由于電磁干擾現(xiàn)象日趨嚴重，因而研究新型輕質、高效、寬頻以及能滿足不同環(huán)境和應用場合的電磁屏蔽和吸波材料已成為重要而且迫切需要解決的問題。設計研究新型電磁屏蔽/吸波材料要求基于電磁波的傳播及電磁波與物體的相互作用原理，結合材料的微觀結構、組分與功能的內在關系，構造形態(tài)、組分、結構屏蔽/吸波相結合的設計思路，研制多種屏蔽/吸波機制于一體的新型材料。而當前納米材料和多孔結構的前沿研究為新型電磁屏蔽/吸波材料的設計和制備提供了新的思路和

2、途徑。在自然界中，植物材料秉承自然界億萬年進化的結果，具有精細的微米、納米分級多孔結構?？梢栽O想通過選取具有分級多孔結構的植物材料為模板，利用化學物理耦合處理方法遺傳植物材料原有的精細形貌和多孔結構，并通過調控工藝改變和組裝各種所需的納米結構和成分，可制備既具有植物材料天然的分級多孔結構，又有人為賦予特性的新型電磁屏蔽和吸波材料。 基于上述學術思想，本研究選取三種典型植物材料為模板，利用化學物理耦合處理方法，遺傳了植物材料原有的

3、精細形貌和多孔結構，并通過調控工藝，控制并組裝碳/金屬納米結構，從而制備了具有分級多孔結構和碳/金屬納米結構特征的遺態(tài)功能復合材料。根據(jù)應用目的不同，分別利用遺態(tài)功能復合材料為填料制備了酚醛基復合材料和石蠟基復合材料。利用熱失重分析法和X射線衍射法分析制備過程的成分反應和變化；運用掃描電鏡、透射電鏡分別研究微米孔、碳納米結構組織與形貌；利用氮吸附法表征納米孔結構；用四探針法和波導管法分別測定酚醛基復合材料的直流電導率和X波段電磁屏蔽效能

4、；利用同軸法測定石蠟基復合材料在2-18GHz的電磁參數(shù)，并在此基礎上，通過理論數(shù)值分析，研究了遺態(tài)功能復合材料的吸波性能。主要研究結果如下： 遺態(tài)功能復合材料具有分級多孔和碳/金屬納米組織的結構特點：以多孔碳為基體，遺傳保留了植物材料天然的微米、納米級的多孔結構特征，同時在無定形碳基體中自組裝碳/金屬納米結構。碳/鐵納米結構的形成臨界溫度為700℃，而碳/鎳和碳/鈷納米結構的形成臨界溫度超過800℃。當處理溫度高于1000℃時

5、，遺態(tài)功能復合材料具有典型的三維碳納米網絡結構特征。無定形碳基體中的碳/金屬納米結構的生長機制符合“溶解-析出”模型。 酚醛-遺態(tài)功能復合材料在X波段的電磁屏蔽效能隨著頻率變化基本保持穩(wěn)定，具有“寬頻”的特征。處理溫度從500℃提高至1000℃時，酚醛-多孔碳模板的電磁屏蔽效能從小于SdB提高至15dB，而酚醛-遺態(tài)功能復合材料的電磁屏蔽效能從小于SdB提高至40dB，表明碳/金屬納米結構的形成極大提高了復合材料的電磁屏蔽效能。

6、遺態(tài)功能復合材料對電磁波的屏蔽機理為成分和結構的耦合效應：無定形碳石墨化和碳/金屬納米結構的形成提高電磁波反射和吸收效能，而分級多孔結構對進入復合材料內部的電磁波起多重反射作用，提高了材料的吸收損耗。 遺態(tài)功能復合材料的電磁性能與多孔結構、碳/金屬納米結構相關聯(lián)，可通過處理溫度加以控制。多孔結構減小復合材料的介電常數(shù)，而碳/金屬納米結構的形成提高復合材料的介電常數(shù)。處理溫度為600-1000℃時，遺態(tài)功能復合材料的介電常數(shù)隨著處

7、理溫度的升高而增大，而磁導率變化甚小。遺態(tài)功能復合材料對電磁波的吸收損耗主要為介電損耗，磁損耗很小。 通過理論建模和分析，利用遺態(tài)功能復合材料的電磁參數(shù)進行單層薄層吸波材料設計，研究結果表明遺態(tài)功能復合材料可作為低反射、寬頻、薄層的單層介電吸波材料。隨處理溫度的提高，無定形碳石墨化和碳/金屬納米結構的形成提高了復合材料的介電常數(shù)實部和介電損耗，擴寬了低反射率的頻率范圍，并提高了最大損耗值。單層遺態(tài)功能復合材料對電磁波的吸收由“本