碳基復(fù)合吸波材料的制備和表征.pdf

1、隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電磁波被廣泛地應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。吸波材料對(duì)于減少生活中的電磁輻射污染和在軍事上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)隱身都具有重要意義，所以制備“薄、輕、寬、強(qiáng)”的優(yōu)質(zhì)吸波材料成為了目前研究的熱點(diǎn)。本文借鑒山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心成熟的碳纖維制備技術(shù)，在低碳化溫度（低于1000℃）下碳化聚丙烯腈(PAN)薄膜以及PAN/鐵粉復(fù)合物，制備新型碳基吸波材料。
　　 分別在600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃和90

2、0℃下碳化PAN薄膜，制備了多孔無定形炭吸波材料，研究了碳化溫度對(duì)其介電性能和吸波效果的影響。在2～18GHz頻率范圍內(nèi)，隨頻率升高其相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部有減小的趨勢(shì)，即具有頻散效應(yīng)，而且碳化溫度越高頻散效應(yīng)越明顯。無定形炭吸波材料的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部和虛部都隨著碳化溫度的升高而變大，并且800℃及更高溫度碳化材料的相對(duì)介電常數(shù)明顯大于750℃及更低溫度碳化材料的相對(duì)介電常數(shù)。總體來看，介電損耗角正切值也有隨著碳化溫度升高而增大的變化趨勢(shì)。7

3、00℃、750℃和800℃碳化材料的介電性能較好，介電常數(shù)實(shí)部和虛部較均衡，適用于作為優(yōu)良碳基復(fù)合吸波材料的基體。
　　 以上述研究為基礎(chǔ)，在PAN溶液中加入了羰基鐵粉，制備了PAN/羰基鐵粉復(fù)合物，以高純氮?dú)獗Ｗo(hù)分別在700℃、750℃和800℃下碳化，使無定形炭和鐵的氧化物、鐵的氮化物同步生成，制得了兼有電損耗和磁損耗的碳基復(fù)合吸波材料。對(duì)于750℃碳化的材料，當(dāng)匹配厚度為2.0mm時(shí)，材料在15.0GHz附近吸收最強(qiáng)，其反

4、射損耗最小值約為-33.0dB，低于-10dB的頻寬達(dá)6.0GHz，吸波效果較好。碳化溫度對(duì)材料物相組成和電磁性能有顯著影響，碳化溫度越高，材料相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部都越大，電磁波吸收峰越尖銳，材料對(duì)低頻電磁波的吸收效果越好。
　　 保護(hù)氣體對(duì)碳化材料物相組成有重要影響，改用微氧氣體保護(hù)，碳化處理PAN/羰基鐵粉復(fù)合物，制得的碳基復(fù)合吸波材料中磁性物質(zhì)的種類和含量都不同于高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下相應(yīng)溫度下制得的材料。微氧氣體保護(hù)下碳化得

5、到的吸波材料也兼有電損耗和磁損耗，具有較好的吸波性能。對(duì)于800℃碳化的材料，當(dāng)匹配厚度為2.0mm時(shí)，材料在11.5GHz處有吸收峰，其反射損耗最小值約為-19.0dB，低于-10dB的頻寬達(dá)4.0GHz，低于-5dB的頻寬達(dá)9.0GHz，吸波效果較好。
　　 用高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，分別在750℃和800℃下碳化處理PAN/納米鐵粉復(fù)合物，制備了兼有電損耗和磁損耗的碳基復(fù)合吸波材料。800℃碳化材料的吸波性能明顯優(yōu)于750℃碳化的材

6、料。對(duì)于800℃碳化的材料，當(dāng)匹配厚度為2.0mm時(shí)，材料在13.0GHz處有吸收峰，其反射率峰值約為-38.0dB，低于-10dB的頻寬達(dá)5.0GHz，吸波效果較好。
　　 與未進(jìn)行磁材料改性的無定形炭吸波材料相比，碳基復(fù)合吸波材料的電磁波吸收性能都有了很大的提高，這說明通過在碳材料前驅(qū)體PAN聚合液中添加鐵粉來提高無定形炭材料的吸波性能可取得較好的效果。
　　 隨著吸波涂層厚度的增加，碳基復(fù)合吸波材料的吸收峰都向低頻