用于毫米波無源干擾的石墨層間化合物研究.pdf

1、毫米波制導(dǎo)與探測是當(dāng)前精確制導(dǎo)武器重要的發(fā)展趨勢之一。膨脹石墨具有較強的導(dǎo)電性及易于飄浮的獨特空腔結(jié)構(gòu)，因而能夠形成衰減毫米波傳輸?shù)恼诒胃蓴_屏障。本文分析了傳統(tǒng)硫酸、硝酸石墨層間化合物應(yīng)用于毫米波無源干擾中的諸多缺陷，以石墨層間化合物膨脹容積與溫度關(guān)系的理論計算結(jié)果為指導(dǎo)，研制出幾種低溫、易膨脹石墨層間化合物，應(yīng)用現(xiàn)代儀器分析手段，對其結(jié)構(gòu)、組成、磁性能以及低溫易膨脹、高膨脹容積特性進(jìn)行了表征和分析；系統(tǒng)研究了低溫、易膨脹石墨層間化合物

2、形成的膨脹石墨對毫米波的衰減特性及影響因素。具體研究內(nèi)容為： (1)基于Griffth 破裂紋理論，研究了石墨層間化合物熱膨脹時微孔形成過程，根據(jù)不同插層物石墨層間化合物的膨脹容積與溫度關(guān)系的理論計算結(jié)果，選擇C<,2>H<,5>COOH、C<,3>H<,7>COOH、CH<,3>NO<,2>、HClO<,4>、H<,3>PO<,4> 作為低溫、易膨脹石墨層問化合物的插層劑。 (2)選用CrO<,3>、KMnO<,4>

3、 作為氧化劑，通過化學(xué)氧化法制備低溫、易膨脹石墨層問化合物，運用SEM掃描電鏡、EDS電子能譜、FTIR 紅外吸收光譜對GIC的表面形貌、層狀結(jié)構(gòu)及插入物基團(tuán)進(jìn)行了表征和分析。XRD 階結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，除C<,3>H<,7>COOH-FeCl<,3>-GIC以2、3階的混合階為主外，其它幾種石墨層問化合物都是以一階為主。振動樣品磁強計(VSM)的磁性能研究結(jié)果說明，由于。FeCl<,3>的插入，石墨層間化合物(CH<,3>NO<,2>

4、-FeCl<,3>-CrO<,3>-GIC)不同于單純石墨的抗磁性，而是具有一定的順磁性，其高溫膨化后的膨脹石墨則表現(xiàn)出更強的磁性。 (3)采用TG、DSC 熱分析，對低溫、易膨脹石墨層問化合物及傳統(tǒng)硫酸GIC 的熱失重過程、膨脹熱分解反應(yīng)的歷程進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，前者熱分解起始溫度為135～160℃，而H<,2>SO<,4>-GIC的起始分解溫度為250℃左右。膨脹容積與溫度關(guān)系實驗結(jié)果表明，GIC 粒徑相同時，低溫、

5、易膨脹石墨層間化合物更易于在較低的溫度下獲得較高的膨脹容積。干擾劑中石墨層間化合物不同含量的對比實驗表明，低溫、易膨脹石墨層間化合物的含量高達(dá)75％，而傳統(tǒng)硫酸、硝酸石墨層間化合物的含量僅占55％，熱力學(xué)理論計算結(jié)果證實了低溫、易膨脹石墨層間化合物的低能耗特性。穩(wěn)定性和安定性研究結(jié)果表明，低溫、易膨脹石墨層間化合物具有較好的環(huán)境穩(wěn)定性和安定性，滿足一般煙火藥劑的長貯性及相容性要求。 (4)系統(tǒng)研究了低溫、易膨脹石墨層間化合物形

6、成的膨脹石墨對3mm、8mm波動態(tài)衰減特性及影響因素。相同質(zhì)量干擾劑中CH<,3>NO<,2>-FeCl<,3>-GIC 的 3mm、8mm波動態(tài)衰減能力分別比傳統(tǒng) H<,2>SO<,4>-GIC提高了2.29 dB、4.01 dB。在粒徑、質(zhì)量相同的情況下，低溫、易膨脹石墨層間化合物的毫米波衰減性能都要明顯的優(yōu)于H<,2>SO<,4>-GIC。通過高溫下膨化二茂鐵與 GIC 的混合物，得到附著磁性鐵氧化物微粒的膨脹石墨，隨著鐵氧化物含

7、量的增加，其平均電導(dǎo)率呈下降趨勢，而磁化強度逐漸增強。磁性膨脹石墨對毫米波的衰減兼?zhèn)淞穗姄p耗吸收和磁損耗吸收，二者相互制約，當(dāng)二茂鐵和石墨層間化合物的質(zhì)量比為2～3：5時， 3mm、8mm波動態(tài)衰減能力最強。 當(dāng)GIC粒徑為150～200μm時，對3mm 波的衰減效果最佳，當(dāng)GIC粒徑為250～450μm時，8mm 波的衰減能力最強。膨脹石墨對毫米波的衰減并不完全符合半波長偶極子理論，而是比半波長度略小，8mm 波最佳長度為2