基于磁-碳复合与多层结构的宽频吸波材料设计与制备

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减少电磁污染,提高设备整机电磁兼容性,以及军事武器的隐身需求,都离不开吸波材料,因此研发厚度薄、质量轻、吸收强,带宽大的吸波材料具有重要的意义。传统的材料往往难于在2-18GHz下满足宽频的吸波要求,多种材料之间的优势互补复合成为了吸波材料的研究重点。尤其是磁碳复合材料,既具有磁损耗又具有介电损耗,可以有效的增强材料的吸收峰值,并扩展有效吸收带宽。为提高样品的吸收峰值并扩展有效吸收带宽,本文设计了具有特殊形貌的磁碳复合材料和多层结构优化模型。主要研究内容和结论如下:(1)空心花状Fe3S4/CNTs磁碳复合材料的制备与吸波性能研究。首先在160℃C下水热反应3小时生成具有空心花状结构的Fe3S4/CNTs磁碳复合材料。其次根据不同的粉体含量和CNTs含量制备了 4种单层样品研究了反射损耗和有效带宽的变化。结果表明,质量分数为20%,含有10%CNTs的样品厚度为2.01mm时在2-18GHz的频率范围下,吸收峰值达到了-60dB,有效带宽达到了 6GHz。(2)基于遗传算法的宽频电磁吸收多层结构设计与制备。基于建立的单层材料库和传输线理论设计多层吸波材料优化模型,给定约束条件,包含材料种类,目标层数,目标厚度,种群数量和迭代次数。在2-8mm的厚度范围内,优化设计了 2层,3层和4层结构,最终优化结果包含样品的组合方式(各层材料种类和厚度)与反射损耗性能。相比于单层结构,多层结构在各个层数和厚度下都可以取得大于6GHz的有效吸收带宽。通过热压成型工艺制备了 3.8mm的2层结构。优化的结果具有-40dB的吸收峰值和11.7GHz的有效吸收带宽,总厚度为3.8mm。实测的样品具有-35dB的吸收峰以及10.9GHz。(3)基于磁碳复合机理和多层优化模型实现对SiC基吸波材料性能提升。首先利用水热工艺在SiC表面形成了 BaFe12O19磁性包覆。并对粉体进行了成分和形貌的分析,结果表明SiC和BaFe12O19形成了核壳结构。其次采用混杂工艺制备了磁碳复合材料并研究了单层样品的吸波性能。结果表明基体材料和损耗材料的比例为8:2,加入10%CNTs的磁碳复合材料在1.7mm的厚度下,吸收峰值达到了-49dB,有效带宽达到了 5GHz。最后利用8:2这组样品的电磁参数在2-8mm的厚度下设计了 3组多层结构,并制备分析了样品性能。结果表明2.8mm的2层吸波材料比纯SiC材料有效带宽增加了 8.8GHz,比磁碳复合材料有效带宽增加了 3.8GHz。
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