【摘 要】
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电磁波辐射污染严重性和应用环境的复杂性,使得将多种功能集成到一种材料中成为了非常迫切的一个目标。多功能型吸波材料对新一代无线电技术以及小型电子设备具有极大的吸引力。传统吸波材料由于制备工艺复杂、填料引起透明性差等问题限制了其应用。本研究为了实现一种高透明的多功能高效微波吸收材料,从电磁波损耗机制及吸收理论出发,考虑到:1、柔性凝胶在光学透明度、拉伸性能、导电性能(良好的传导损耗)均具有较好的表现;
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电磁波辐射污染严重性和应用环境的复杂性,使得将多种功能集成到一种材料中成为了非常迫切的一个目标。多功能型吸波材料对新一代无线电技术以及小型电子设备具有极大的吸引力。传统吸波材料由于制备工艺复杂、填料引起透明性差等问题限制了其应用。本研究为了实现一种高透明的多功能高效微波吸收材料,从电磁波损耗机制及吸收理论出发,考虑到:1、柔性凝胶在光学透明度、拉伸性能、导电性能(良好的传导损耗)均具有较好的表现;2、光固化方式的简单高效;3、稀土元素的加入可为凝胶引入适量的磁损耗且不影响凝胶整体光学性能;4、强极性有机溶剂的引入可使凝胶具有良好的抗冻性以及对微波介电损耗能力。首先通过使用光固化阳离子单体作为前驱体以及离子交换、配位反应,将稀土元素引入得到一种可光固化磁性阳离子单体,通过FT-IR、元素分析、以及荧光激发、发射光谱等表征手段验证了该单体的成功合成。随后将该单体溶于有机溶剂,加入适量交联剂以及光引发剂,以光固化的方式快速便捷的制备了具有良好微波吸收的高透明有机凝胶。通过对凝胶的电磁参数进行测试表征,以及运用电磁波损耗及吸收的理论知识,主要研究探讨了可光固化磁性阳离子单体与溶剂比例以及交联剂含量对凝胶的电磁参数以及最终对有机凝胶微波吸收能力的影响,其次我们也对凝胶的多功能性进行了探究,如抗冻性能、透明度、电导率、机械性能等。在这项研究中,可聚合磁性阳离子单体[DAC]5[Dy(NCS)8]溶于二甲基亚砜(DMSO)中形成溶液,通过光固化制备了高度透明的离子有机凝胶。有机凝胶的两种成分,即光聚合磁性阳离子单体和极性溶剂DMSO,分别对有机凝胶的磁损耗和介电损耗特性有重要影响。通过调节DMSO与[DAC]5[Dy(NCS)8]的质量比和交联剂的含量,可以有效地调节凝胶的复介电常数以改善阻抗匹配,最终得到具有优异性能的凝胶。所制备的最佳有机凝胶的最小反射损耗为-45.9d B,最宽的有效吸收带宽(EAB)可达5.2GHz,在第五代(5G)移动网络内的毫米波段(26.5-40GHz)也能达到全面有效吸收。该多功能有机凝胶具有制备方法简单、形状任意、良好的抗冻性,对多种基材和复杂表面具有良好的粘附性等优点,使其可应用于同时要求光学透明且吸收电磁波的复杂场景,也表现出在蓬勃发展的5G时代更广泛的应用潜力。其良好的导电性能,及其内部稀土离子赋予的特殊波段光(近红外)吸收,使其成为具有多维度刺激-电响应功能的柔性传感器。
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