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      8.2~18 GHz波段下性能較好的碳化硅材料吸波

      時間:2023-07-14瀏覽次數:175

      吸波材料能有效吸收電磁波,避免電磁波反射,在軍工等領域應用廣泛。先進院科技采用簡單易行的機械混合法制備了一系列環氧樹脂/碳化硅/鎳復合材料并研究了其吸波性能。結果顯示,當環氧樹脂占比在20 wt%~30 wt%之間時,隨著碳化硅含量的增加,環氧樹脂/碳化硅復合材料的吸波性能得到顯著提升;而在環氧樹脂占比20 wt%的環氧樹脂/碳化硅/鎳復合材料中,隨著鎳含量的增加,復合材料吸波性能先好后差,其中環氧樹脂/碳化硅/鎳質量比為2:7:1的樣品在材料厚度為1 mm時[敏感詞]反射率為?13.26 dB,頻帶寬度約為1.65 GHz,達到了吸波材料基本要求,有望成為8.2~18 GHz波段下性能較好的吸波材料。

      吸波材料是一類可以借助介電損耗、磁損耗等機制耗散電磁波能量或使電磁波因干涉而消失,從而有效避免入射電磁波反射的材料,對于軍工、民用等領域具有非常重要的意義。無論是在軍工領域作為隱身材料應用于飛機、艦艇、導彈、坦克等大型作戰武器上,還是在民用領域保護電子設備或保障人類身體健康上 ,吸波材料的應用十分廣泛,因此吸波材料已經成為各國重點發展的一類材料 。由于雷達監測的電磁波頻率范圍一般為2~18 GHz,因此大多數吸波材料的研究波段集中在2~18 GHz 。

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      研究吸波材料通常用反射率R (單位dB)以及R < ?10 dB的頻帶寬度來反映吸波材料的吸波性能 :R反映了電磁波在吸波材料和空氣界面處的反射程度,數值越小吸波性能越好 ;R < ?10 dB則表明材料能夠吸收90%以上的電磁波能量,可認為材料有效吸收了電磁波,頻帶寬度越大吸波性能越佳 。對于單層吸波材料,R可通過傳輸線理論公式(1)和(2)用復介電系數和復磁導率來表示  (公式中的Z是相對于自由空間的輸入阻抗,μr、εr分別是復磁導率和復介電系數,f是電磁波頻率(單位Hz),d是材料厚度(單位mm),c是真空光速(取2.997925 × 1011 mm/s) ):

      Z=μrεr??tanh(j2πfdcμrεr????√)Z=μrεrtanh(j2πfdcμrεr)(1)

      R(dB)=20log∣∣Z?1Z+1∣∣R(dB)=20log|Z?1Z+1|(2)

      吸波材料根據電磁波的損耗機制可分為電阻型、電介質型和磁損耗型 。電阻型吸波材料主要通過電阻耗能散熱吸收電磁波,電介質型吸波材料主要借助極化弛豫等介電損耗機制吸收電磁波,而磁損耗型吸波材料主要利用磁滯損耗、渦流損耗、自然共振損耗以及疇壁共振等磁損耗機制吸收電磁波。碳化硅(SiC)是一種電介質型吸波材料 ,主要依靠介電極化損耗來消耗電磁波能量,損耗機理比較復雜 。

      碳化硅不僅吸波性能可調,而且具有密度小、耐高溫、強度大等特點,有望實現輕質、薄層等優良特性,因此成為吸波材料領域中研究的重點 。為進一步提升碳化硅材料的吸波性能,通常采用添加其它材料制備復合材料的方法來實現這一點 。其中,添加鐵、鈷、鎳等磁性材料后,碳化硅復合材料可同時兼具磁損耗和介電損耗,有望獲得吸波性能較好的吸波材料。

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      鑒于此,本研究將以環氧樹脂作為粘結劑,主要關注環氧樹脂/碳化硅/鎳復合材料對于X波段(8.2~12.4 GHz)和Ku波段(12.4~18 GHz)電磁波的吸波性能。先進院科技首先探究碳化硅的含量對不含鎳的環氧樹脂/碳化硅復合材料吸波性能的影響,而后選擇并固定[敏感詞]環氧樹脂質量占比,先進院科技研究鎳的含量對環氧樹脂/碳化硅/鎳復合材料吸波性能的影響。

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