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《南京理工大学》 2007年
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用于毫米波无源干扰的石墨层间化合物研究

周明善  
【摘要】: 毫米波制导与探测是当前精确制导武器重要的发展趋势之一。膨胀石墨具有较强的导电性及易于飘浮的独特空腔结构,因而能够形成衰减毫米波传输的遮蔽干扰屏障。本文分析了传统硫酸、硝酸石墨层间化合物应用于毫米波无源干扰中的诸多缺陷,以石墨层间化合物膨胀容积与温度关系的理论计算结果为指导,研制出几种低温、易膨胀石墨层间化合物,应用现代仪器分析手段,对其结构、组成、磁性能以及低温易膨胀、高膨胀容积特性进行了表征和分析:系统研究了低温、易膨胀石墨层间化合物形成的膨胀石墨对毫米波的衰减特性及影响因素。具体研究内容为: (1)基于Griffith破裂纹理论,研究了石墨层间化合物热膨胀时微孔形成过程,根据不同插层物石墨层间化合物的膨胀容积与温度关系的理论计算结果,选择C_2H_5COOH、C_3H_7COOH、CH_3NO_2、HClO_4、H_3PO_4作为低温、易膨胀石墨层间化合物的插层剂。 (2)选用CrO_3、KMnO_4作为氧化剂,通过化学氧化法制备低温、易膨胀石墨层间化合物,运用SEM扫描电镜、EDS电子能谱、FTIR红外吸收光谱对GIC的表面形貌、层状结构及插入物基团进行了表征和分析。XRD阶结构分析结果表明,除C_3H_7COOH-FeCl_3-GIC以2、3阶的混合阶为主外,其它几种石墨层间化合物都是以一阶为主。振动样品磁强计(VSM)的磁性能研究结果说明,由于FeCl_3的插入,石墨层间化合物(CH_3NO_2-FeCl_3-CrO_3-GIC)不同于单纯石墨的抗磁性,而是具有一定的顺磁性,其高温膨化后的膨胀石墨则表现出更强的磁性。 (3)采用TG、DSC热分析,对低温、易膨胀石墨层间化合物及传统硫酸GIC的热失重过程、膨胀热分解反应的历程进行了对比分析,结果表明,前者热分解起始温度为135~160℃,而H_2SO_4-GIC的起始分解温度为250℃左右。膨胀容积与温度关系实验结果表明,GIC粒径相同时,低温、易膨胀石墨层间化合物更易于在较低的温度下获得较高的膨胀容积。干扰剂中石墨层间化合物不同含量的对比实验表明,低温、易膨胀石墨层间化合物的含量高达75%,而传统硫酸、硝酸石墨层间化合物的含量仅占55%,热力学理论计算结果证实了低温、易膨胀石墨层间化合物的低能耗特性。稳定性和安定性研究结果表明,低温、易膨胀石墨层间化合物具有较好的环境稳定性和安定性,满足一般烟火药剂的长贮性及相容性要求。 (4)系统研究了低温、易膨胀石墨层间化合物形成的膨胀石墨对3mm、8mm波动态衰减特性及影响因素。相同质量干扰剂中CH_3NO_2-FeCl_3-GIC的3mm、8mm波动态衰减能力分别比传统H_2SO_4-GIC提高了2.29 dB、4.01 dB。在粒径、质量相同的情况下,低温、易膨胀石墨层间化合物的毫米波衰减性能都要明显的优于H_2SO_4-GIC。 通过高温下膨化二茂铁与GIC的混合物,得到附着磁性铁氧化物微粒的膨胀石墨,随着铁氧化物含量的增加,其平均电导率呈下降趋势,而磁化强度逐渐增强。磁性膨胀石墨对毫米波的衰减兼备了电损耗吸收和磁损耗吸收,二者相互制约,当二茂铁和石墨层间化合物的质量比为2~3:5时,3mm、8mm波动态衰减能力最强。 当GIC粒径为150~200μm时,对3mm波的衰减效果最佳,当GIC粒径为250~450μm时,8mm波的衰减能力最强。膨胀石墨对毫米波的衰减并不完全符合半波长偶极子理论,而是比半波长度略小,8mm波最佳长度为2~4mm、3mm波最佳长度为0.8~1.5mm。通过供热剂膨化得到膨胀石墨的毫米波衰减能力,要明显强于马弗炉里膨化的膨胀石墨。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB321

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【引证文献】
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