轻质石墨烯基复合材料的设计制备与电磁特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kongguoying
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随着现代科学技术的不断发展,电磁波的相关技术已经应用在国防和民用等方面,守护着人民的安全并且给人民生活带来便利的同时,不可避免的会产生一系列的电磁污染,为了军事防御领域技术的丰富,以及日常生活中有害电磁波的吸收,对微波吸收材料的研究具有重大意义。石墨烯是一种典型的、电损耗型、轻质的吸波材料,而羰基铁则是一类典型的磁损耗型吸波材料,两者都具有良好的吸收效果。但是石墨烯介电常数较大,如果不与其他材料相复合,其阻抗匹配较差,羰基铁吸收效果好但质量却很大,单独使用不符合吸波材料轻质的特点。钛酸钡是良好的稳定的、介电损耗型吸波材料,未经改性的钛酸钡吸收强度较弱。本论文首先以石墨烯、羰基铁、钛酸钡为原料,采用流延的方法制备石墨烯、羰基铁、钛酸钡以及石墨烯与羰基铁复合薄层微波吸收材料,对不同层数、不同组合方式的流延膜在2–18 GHz波段的微波吸收性能进行系统性的探究,同时对薄层流延膜电磁屏蔽性能进行测量。发现构成吸收型以及干涉型的多层吸波材料表现出优异的吸波性能,多层吸波材料整体厚度在0.45–1.43 mm的范围内、面密度在1.2-2 kg/m~2范围内的组合流延膜,最大反射损耗可达-43.88 d B,-10 d B吸波带宽可覆盖3.88–11.76 GHz;石墨烯与羰基铁复合薄层流延膜中,石墨烯含量越高,电磁屏蔽效果越好,0.143 mm厚度的石墨烯流延膜达到了对电磁波90%以上的屏蔽。将石墨烯、羰基铁与轻质的又可填充吸收剂的芳纶蜂窝结合,引入编码超材料的思想,对三种不同填充方式的石墨烯蜂窝结构吸波材料进行仿真与实验,结果规律一致,随着结构的变化,最大反射损耗向高频移动,-10 d B吸收带宽逐渐变大,材料面密度分别为0.7 kg/m~2,0.69 kg/m~2,0.60 kg/m~2。最后,本论文将单层蜂窝结构吸波材料组合,构成双层石墨烯蜂窝结构以及双层石墨烯与羰基铁蜂窝结构,8 mm厚双层石墨烯结构-10 d B吸收带宽高达13.75 GHz,5.5mm厚石墨烯羰基铁双层结构-10 d B吸收带宽可达3.48 GHz。并对4 mm厚度石墨烯羰基铁双层结构吸波性能进行仿真,-10 d B以下的吸波带宽达3.31 GHz(7.54–10.85 GHz),对于TM极化而言,该结构能够在入射角为45°及以下时保持吸收带宽基本不变,其吸波性能保持一定的角度稳定性。
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