隨著先進(jìn)軍事和航空航天領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,用于高溫環(huán)境的電磁波吸收材料須同時(shí)具備耐高溫和高溫穩(wěn)定的微波吸收性能。目前,對高溫吸波材料的研究主要集中于碳、碳化硅及金屬氧化物等絕緣陶瓷基復(fù)合材料。通常,單組分電介質(zhì)材料由于阻抗不匹配和吸波機(jī)制單一等問題,很難在較寬頻段范圍表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能。此外,該類材料的吸收機(jī)制僅限于材料的介電損耗和歐姆損耗特性,而且吸波性能受環(huán)境溫度波動的影響較大,導(dǎo)致其工作溫度范圍受到限制。因此,研發(fā)具有密度低、抗氧化及性能穩(wěn)定的高溫吸波材料具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。氮化鈦（Ti N）具有優(yōu)異的吸波性能,以及低密度、耐高溫（Tm=2950℃）、高導(dǎo)電、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn),有望作為一種新型高溫吸波材料應(yīng)用于更加苛刻的環(huán)境。然而,迄今為止,圍繞Ti N吸波性能及電磁機(jī)制的相關(guān)研究剛剛起步,對其高溫吸波性能的具體研究尚屬空白。在微波頻段范圍,將磁性組分引入介電材料中被認(rèn)為是一種擴(kuò)展吸收頻段的有效策略。此外,通過對介電損耗和阻抗匹配的有效調(diào)節(jié),以及異質(zhì)界面極化和阻抗匹配的協(xié)同效應(yīng),也可以實(shí)現(xiàn)電磁波耗散性能的優(yōu)化。基于上述考慮,本研究借助靜電紡絲、熱氮化反應(yīng)等過程,分別制... 

【文章來源】：河南大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

材料吸波原理示意圖[6]

TiN基復(fù)合材料的制備及其高溫吸波性能研究6為大家關(guān)注的熱點(diǎn)，2010年，Cao[35]等人制備了短碳纖維/二氧化硅復(fù)合材料，并探究了復(fù)合材料在30~600℃溫度范圍內(nèi)的電磁性能。結(jié)果表明，介電常數(shù)的實(shí)部隨著溫度的升高而增加，根據(jù)德拜弛豫理論，這歸因于隨溫度升高所導(dǎo)致的電子極化弛豫時(shí)間縮短，而虛部也由于碳纖維的電導(dǎo)率增加而增加，如圖1-2所示。圖1-2復(fù)介電常數(shù)隨頻率和溫度的三維圖:（a）介電常數(shù)的實(shí)部及（b）介電常數(shù)的虛部[35]碳材料具備較高的損耗能力但由于其較高的電導(dǎo)率可能會造成阻抗失配的情況，從而導(dǎo)致吸波性能下降。借鑒常溫吸波材料的相關(guān)思路，近些年許多研究者通過與低導(dǎo)電材料復(fù)合、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方式來改善高溫吸波碳材料的阻抗匹配問題，如2019年Hou[36]等人研究了三明治狀RGO/Si3N4復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的介電性能隨溫度的升高逐漸增大，在填料含量僅為0.16wt.%的情況下，在323~873K的溫度范圍內(nèi)，復(fù)合材料的有效吸收帶寬可以覆蓋整個(gè)X波段（8.2~12.4GHz），通過擬合計(jì)算，表明RGO/Si3N4極化弛豫損耗在總介電損耗的32%，且不受溫度的影響，由于較強(qiáng)的極化弛豫損耗對導(dǎo)電損耗增加的彌補(bǔ)，使其介電特性及電磁波吸收性能在高溫下保持較好的穩(wěn)定性。碳材料雖然是一類很好的高溫吸波材料，但仍存在一個(gè)致命弱點(diǎn)是高溫下易氧化。例如，導(dǎo)電炭黑在400℃以上開始氧化，形成二氧化碳或一氧化碳，導(dǎo)致材料失去吸波性能。此外，雖然許多研究者將碳材料與磁性材料復(fù)合，以解決單一的碳材料容易出現(xiàn)與自由空間阻抗失配的問題，但高溫含氧的環(huán)境使磁性材料易失去磁性，仍難以滿足實(shí)際使用需求。（2）SiC類高溫吸波材料SiC類陶瓷材料由于介電性能可調(diào)，且具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，能在1100℃的空氣環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化能力，被認(rèn)?

TiN基復(fù)合材料的制備及其高溫吸波性能研究12下仍會失去磁性，從而失去其吸波性能。此外，雖然ZnO、Ti3AlC2和Ti3SiC2等三元層狀化合物作為新型高溫吸波材料逐漸受到大家的關(guān)注，但對于高性能，多環(huán)境適用性高溫吸波材料的迫切需求仍然暴露了高溫吸波材料可選擇種類較少的問題。因此，研發(fā)具有密度低、耐高溫、抗氧化、吸波性能優(yōu)異的新型高溫吸波材料，優(yōu)化高溫吸波性能和拓展高溫吸波材料的種類選擇具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。1.5TiN吸波材料的研究現(xiàn)狀氮化鈦（TiN）作為一種新型的功能材料，具有典型的NaCl晶型FCC結(jié)構(gòu)，因具備高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性高以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其具有極大的研究價(jià)值和應(yīng)用前景，尤其是在高溫吸波領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力[62-65]。2011年，Liu[66]等人以氯化銨和海綿鈦為前驅(qū)體，首先研究了納米TiN的吸波性能。本課題組以鈦酸納米管（H2Ti2O5·H2O，簡寫為NTA）為前驅(qū)體，通過熱氮化法制備得到直徑約為15~20nm的TiN顆粒，并系統(tǒng)探究了常溫條件下納米TiN的組成、結(jié)構(gòu)等對其電磁參數(shù)及吸波性能的影響。研究結(jié)果表明，TiN在2.0~18.0GHz范圍內(nèi)展現(xiàn)出很好的吸波效果，與AlfaAesar所購買的TiN對比發(fā)現(xiàn)，基于鈦酸納米管的TiN明顯表現(xiàn)出更為優(yōu)異的吸波性能（圖1-3）。圖1-3不同鈦源TiN的反射損耗圖：鈦酸納米管TiN（a）；商用TiN（b）在此基礎(chǔ)上，首次發(fā)現(xiàn)通過摻雜調(diào)控TiN的組成和結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生明顯的缺陷誘導(dǎo)的室溫鐵磁性，提出缺陷誘導(dǎo)磁損耗的概念。通過在TiN體系中原位引入非磁性碳元素，在動態(tài)電磁場下，樣品隨頻率的變化表現(xiàn)出介電損耗和磁損耗的共振趨勢[67-70]（圖1-4）。為了進(jìn)一步研究TiN的電磁機(jī)制并實(shí)現(xiàn)其吸波性能的優(yōu)化，對不同形貌的TiN及其復(fù)合

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：2923288