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炭黑/碳纤维树脂基复合吸波材料性能研究

赵冉  
【摘要】:伴随着信息社会的飞速发展,电子产品的极大普及,以及CPU的运算速度越来越高速化,由此产生的高频电磁波辐射污染也越来越严重。电磁环境保护与电磁兼容技术已成为一个迅速发展的重要领域。电磁波吸收材料是消除电磁辐射污染和实现军事隐身技术的关键,已成为国内外科学研究的热点之一。 理想的吸波材料应具备吸收频带宽、质量轻、强吸收、厚度薄、物理性能好、使用简便、易于大规模生产等特点。 本文基于电磁波吸收理论和传输线理论,利用平板反射模型,深入研究了复合材料介电常数、厚度、电磁波频率对材料吸波性能的影响,并采用炭黑、碳纤维与环氧树脂进行复合,通过大量实验,对理论规律进行验证和完善,旨在设计和制备出高性能的电磁波吸收材料。 研究表明,对于碳纤维与环氧树脂复合材料,纤维长度对材料吸收性能有很大的影响,纤维越长其吸收效果越差,长度为1~2mm时吸收效果较好。在一定范围内,随纤维含量的增加,复合材料的等效介电常数的实部、虚部整体呈现先增大后减小的趋势。当含量一定时,介电常数实部、虚部随频率却呈现出不同的变化。随着纤维含量的增大,吸收峰值先增大后减小且吸收峰的位置随含量的增加逐渐向低频移动。 炭黑与环氧树脂复合材料的介电常数实部和虚部随炭黑含量的变化趋势与纤维类似。随着炭黑含量的增加,材料的吸收量呈现先增加后减少的趋势,且吸收峰的位置随含量的增加向低频移动。 研究发现,通过炭黑和碳纤维含量的不同复合,可以实现材料复介电常数的调制,但调制受到含量的控制很难实现宽频带的吸收。本文创新性采用多层结构形式调节复合材料的复介电常数,经过多层复合调制,可以实现一系列新组合材料复介电常数均控制在无反射曲线上介电常数ε=6.1-3j附近。 根据理论设计并成功制备出厚度为2.8mm的X带轻质、宽化、吸收好的电磁波吸收涂层。针对S带室内电磁污染,成功制备了长度为5mm,含量为0.4%-0.5%的纤维调制膜,其与石膏板复合在S带吸收效果非常好,与之前所使用的电阻膜相比可以大大降低材料的厚度。 本文为研制设计更先进的电磁波吸收材料奠定了基础,具有重要的实用价值和理论意义。


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