發(fā)布時間：2021-08-29 21:32

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進步和吸波領(lǐng)域的擴展,人們對吸波材料的性能需求逐漸朝著“更輕、更薄、更寬、更低、更強”的方向發(fā)展。傳統(tǒng)吸波材料因為高密度、窄寬帶的問題,在應(yīng)用領(lǐng)域受到了極大的限制。近十幾年來,作為新型吸波材料的碳基吸波材料和超材料已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點。碳基吸波材料具有較低的密度,在高頻范圍的吸波性能優(yōu)異,但吸收頻段很難向低頻擴展。超材料作為一種可調(diào)節(jié)的人工電磁材料,對特定頻段的電磁波可以實現(xiàn)完美吸收,但同樣很難在保持輕薄的前提下拓展帶寬。將基于不同吸波機理的碳基吸波材料與超材料相結(jié)合,為提高材料的吸波性能提供了新的可能。目前,人們對超材料與其他吸波材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了很多研究,但對材料之間的耦合作用機理尚不明確。因此,本文通過HFSS進行仿真分析,以多壁碳納米管/石墨烯吸波海綿作為碳基吸波材料的典型代表,在研究其吸波特性的基礎(chǔ)上,分別與金屬基和全介質(zhì)超材料兩種不同種類的超材料復(fù)合,研究復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸波性能隨著組成材料參數(shù)變化的規(guī)律,探討了碳基吸波材料和超材料之間的結(jié)合方式和相互之間的作用。研究結(jié)果表明,碳基吸波材料板的吸收峰隨著相對介電常數(shù)實部的增大整體向低頻移動。損耗角正切值的增大會... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

炭黑薄膜與鈦酸鋇復(fù)合粒子的TEM照片[7]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文33.2GHz（7~10.2GHz）；當(dāng)涂層厚度為3mm時，反射損耗低于-10dB的頻帶寬為3.8GHz（11.2~15GHz），峰值為-14.3dB（見圖1-2）。吳友朋等人[9]在納米炭黑中添加微米碳化硅制備了一種新型的復(fù)合吸收劑，加入碳化硅使得炭黑／環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的體電阻率和滲流閾值降低；在5％的炭黑中添加50％的碳化硅制備出了厚度為2mm的涂層，其在7.5~13.5GHz寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)有效吸波，吸收峰值達-40dB。圖1-1炭黑薄膜與鈦酸鋇復(fù)合粒子的TEM照片[7]圖1-2碳包覆鐵納米顆粒/丙烯酸樹脂的反射損耗曲線[8]碳納米管是由單層或多層石墨片卷曲而成的無縫、中空的一維納米級管，具有特殊的螺旋結(jié)構(gòu)、手征性和特殊的電磁效應(yīng)，對微波和紅外都表現(xiàn)出較強的寬帶吸收性能，而且具有密度孝耐高溫、介電性能可調(diào)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點[10]。初步研究表明，碳納米管的微波吸收特性與其化學(xué)組成、幾何結(jié)構(gòu)和生長過程等有著密切關(guān)系[11]，碳納米管的介電常數(shù)較大，但磁導(dǎo)率較�。欢谖⒉l率下，高的磁導(dǎo)率實部與虛部以及與之相適應(yīng)的介電常數(shù)是構(gòu)成寬頻帶吸波材料的基矗因此，常見的做法是添加其他材料來調(diào)節(jié)碳納米管的電磁參數(shù)。碳納米管基吸波

uang等人[13]將多壁碳納米管與聚苯胺復(fù)合，復(fù)合結(jié)構(gòu)展示出了優(yōu)異的吸波特性，如圖1-3所示，在8.8GHz下達到最大反射損耗-49.6dB，吸收頻帶為2GHz。岳立福等人[14]研究了碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸波性能，將制備的管徑為10~30nm、長度>1μm的碳納米管與環(huán)氧樹脂以質(zhì)量比為8:100的比例復(fù)合后，澆鑄在180mm×180mm×1.2mm的鋁板上，當(dāng)吸波涂層厚度為7mm時，材料具有良好的吸波性能：在10.08GHz和16.80GHz出現(xiàn)雙吸收峰，對應(yīng)的吸收衰減分別高達21.08dB和20.2dB，總帶寬分別達到5.46GHz（R<-8dB）和11.20GHz（R<-5dB）。圖1-3多壁碳納米管/PANI的反射損耗曲線[13]石墨烯由于其獨特的六元環(huán)電子共軛結(jié)構(gòu)單元、二維材料特性、特殊的電磁波作用機制以及巨大的性能可調(diào)控工作表面，被認(rèn)為是新一代最具潛力的吸波材料[15]。最近的研究表明，具有缺陷和殘余含氧基團的還原氧化石墨烯（RGO）不僅可以改善阻抗匹配特性，加快能量轉(zhuǎn)移到費米能級的速度，還能引入缺陷極化弛豫和組的基團的電子偶極子弛豫[16]，這些都是有利于電磁波的吸收。在Wang等人[17]的報導(dǎo)中，還原氧化石墨烯在7GHz時的吸收強度可達-6.9dB，比碳納米管和石墨烯的吸收性能更優(yōu)，但吸波性能依然很差。石墨烯對電磁波的吸收主要是通過介電損耗和電阻損耗，介電常數(shù)相對偏高，這就造成了阻抗不匹配的問題。近來，將二維石墨烯片合成三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的研究取得了重大進展。和二維石墨烯片相比，三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)在保持二維石墨烯片優(yōu)異性能的同時，由于內(nèi)部具有均勻分布的孔隙，不僅具有更低的密度，而且有效介電常數(shù)相對變小，在較寬的頻率范圍內(nèi)對入射波的電阻也小得多。Chen等人[18]第一次證實了宏觀石墨烯泡沫材料（GF）的優(yōu)異吸波性能。如圖1-4所示，在泡沫結(jié)構(gòu)中引入石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]短切碳纖維和炭黑的介電性能研究[D]. 吳紅煥.西北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3371420