【摘 要】
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隐身技术对吸波材料有了新的“薄、轻、宽、强”的性能要求。相比于单层材料,多层复合材料具有更多灵活设计的可能。本文通过绿色还原剂和共沉淀工艺合成的还原氧化石墨烯与Fe_3O_4复合粒子,既可大规模稳定生产,又具有优异的电磁波吸收性能;石英纤维、玻璃纤维和碳纤维的多层组合可以提供良好的力学性能、耐腐蚀性能并构成吸波多层结构。此外,还对多层吸波复合材料进行了FEKO(任意复杂电磁场计算)模拟和实验测试,
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隐身技术对吸波材料有了新的“薄、轻、宽、强”的性能要求。相比于单层材料,多层复合材料具有更多灵活设计的可能。本文通过绿色还原剂和共沉淀工艺合成的还原氧化石墨烯与Fe3O4复合粒子,既可大规模稳定生产,又具有优异的电磁波吸收性能;石英纤维、玻璃纤维和碳纤维的多层组合可以提供良好的力学性能、耐腐蚀性能并构成吸波多层结构。此外,还对多层吸波复合材料进行了FEKO(任意复杂电磁场计算)模拟和实验测试,研究了单层和多层吸波复合材料的吸波机理并探索了频率选择表面多层复合材料的吸波性能与吸波机理。主要研究内容和结果如下:(1)通过XRD、FT-IR、XPS确定合成了Fe3O4-rGO损耗粒子,并且Fe3O4主要在rGO表面的含氧官能团上生成;通过SEM、TEM和HRTEM确定了Fe3O4-rGO的微观形貌;通过VSM确定了Fe3O4-rGO复合粒子是具有软磁性能的磁性材料;通过对组分配比和氧化石墨烯还原程度的研究,可以调控制备的损耗粒子的介电与磁损耗比例和介电损耗极化损耗强度,从而得到了电磁性能优异的Fe3O4-rGO损耗粒子,VNA测试结果表明,当Fe3O4与rGO的质量比为8.7:1时,存在着多个德拜弛豫,并保留导电损耗,再配合一定的涡流损耗与自然共振、交换共振,复合功能粒子具有极佳的损耗能力,最宽的吸波频宽达到7.04(9.63-16.67)GHz,最强吸波强度为-21.04 dB。当Fe3O4与rGO的质量比为2.9:1时,具有最强的吸波强度,为-41.37 dB。(2)通过FEKO模拟多层材料的吸波性能,通过对透波层、吸波层和反射层每一层的控制模拟得到单波段(X波段和Ku波段)的吸波性能,并通过实验进行验证,模拟结果与实验结果相近,并且吸波性能可以几乎覆盖整个单频段。(3)在双层复合材料表层引入阵列结构,得到的多层阵列结构复合材料在6.04 GHz时出现-13.21 dB的吸收峰、而且吸波强度从13.2 GHz开始逐渐增加,在18 GHz时出现-31.99 dB的强吸收。有效吸波频宽6.75(5.43-7.11、12.93-18)GHz。高频区的电磁波波长较短,容易入射到阵列结构型多层吸波复合材料的阵列结构之间,产生多次反射和在棱角处出现散射,从而进一步的增强吸波能力,达到良好吸波性能。
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