用于毫米波无源干扰的石墨层间化合物研究

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Griffth 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<,2>H<,5>COOH、C<,3>H<,7>COOH、CH<,3>NO<,2>、HClO<,4>、H<,3>PO<,4> 作为低温、易膨胀石墨层问化合物的插层剂。 (2)选用CrO<,3>、KMnO<,4> 作为氧化剂，通过化学氧化法制备低温、易膨胀石墨层问化合物，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<,3>H<,7>COOH-FeCl<,3>-GIC以2、3阶的混合阶为主外，其它几种石墨层问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<,3>NO<,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、易膨胀石墨层问化合物及传统硫酸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<,2>SO<,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<,3>NO<,2>-FeCl<,3>-GIC 的 3mm、8mm波动态衰减能力分别比传统 H<,2>SO<,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<,2>SO<,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。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2无源干扰技术及材料研究现状

1.3新型毫米波干扰材料—膨胀石墨

1.4本文主要研究内容

参考文献

2低温、易膨胀石墨层间化合物研制途径分析

2.1石墨层间化合物及膨胀石墨基本性质

2.2石墨层间化合物膨胀模型

2.2.1 Griffith crack微孔破裂理论

2.2.2石墨层间化合物膨胀容积与温度关系的理论估算模型

2.2.3不同插层物石墨层间化合物膨胀容积与温度关系的理论估算

2.2.4不同插层物石墨层间化合物热膨胀的化学动力学理论分析

2.3低温、易膨胀石墨层间化合物的制备途径

参考文献

3低温、易膨胀石墨层间化合物的制备及结构特征

3.1低温、易膨胀石墨层间化合物的制备

3.2低温、易膨胀石墨层间化合物的结构特征

3.2.1 SEM扫描电镜及EDS电子能谱分析

3.2.2 FTIR红外光谱分析

3.2.3 X射线衍射及阶结构分析

3.2.4磁性能分析

3.3低温、易膨胀石墨层间化合物的形成机理探讨

3.5本章小结

参考文献

4低温、易膨胀石墨层间化合物的基本特性研究

4.1低温、易膨胀、高膨胀容积特性

4.1.1低温易膨胀特性

4.1.2高膨胀容积特性

4.2低温、易膨胀石墨层间化合物干扰剂的配方设计及其低能耗特性

4.2.1石墨层间化合物获得高膨胀容积的膨化要素

4.2.2石墨层间化合物干扰剂的配方设计

4.2.3低温、易膨胀石墨层间化合物的低能耗特性

4.2.4低温、易膨胀石墨层间化合物低能耗特性理论计算及分析

4.3低温、易膨胀石墨层间化合物的稳定性、安定性研究

4.3.1空气中的稳定性

4.3.2水溶液中的稳定性

4.3.3热稳定性

4.3.4真空安定性

4.3.5低温、易膨胀石墨层间化合物稳定性影响因素分析

4.4本章小结

参考文献

5膨胀石墨衰减毫米波特性及影响因素研究

5.1毫米波衰减性能测试装置、原理与方法

5.2不同插层物石墨层间化合物形成膨胀石墨的毫米波衰减特性

5.3膨胀石墨的电磁特性及其毫米波衰减性能

5.3.1磁性膨胀石墨的制备

5.3.2磁性膨胀石墨的形貌特征及物相组成

5.3.3磁性膨胀石墨的电性能

5.3.4磁性膨胀石墨的磁性能

5.3.5磁性膨胀石墨的毫米波衰减性能

5.3.6结论

5.4膨胀石墨衰减毫米波的影响因素

5.4.1不同粒径石墨层间化合物形成的膨胀石墨对毫米波衰减性能的影响

5.4.2不同膨化方式形成的膨胀石墨对毫米波衰减性能的影响

5.4.3石墨层间化合物质量对毫米波衰减性能的影响

5.5本章小结

参考文献

6结论

本论文的进步点及创新点

致谢

作者攻读博士期间第一作者发表论文情况