片状铁硅铝/二氧化硅复合涂层的电磁波吸收性能研究

摘要

现代电磁波应用技术的飞速发展，给人们提供便利的同时也带来了隐患，对吸波涂层性能的要求也越来越高。本文主要从涂层的成分设计出发，以片状铁硅铝（FFSA）、石墨烯（GN）微粉以及两种表面改性二氧化硅（DNS-2SiO2，RNS-A SiO2）颗粒为研究对象，制备不同类型的吸波涂层并研究其电磁特性。 利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究FFSA、GN以及DNS-2SiO2和RNS-A SiO2的微观形貌和尺寸。采用同轴测试法利用矢量网络分析仪（VNA）分析其电磁参数，并从理论上研究各吸收剂的损耗机理。以聚氨酯（PU）为基体制备了FFSA吸波涂层，讨论吸收剂含量对涂层性能的影响，选择最佳片状铁硅铝微粉的成分，制备FFSA/SiO2吸波涂层，研究SiO2对吸波性能的影响规律及机理。优化吸收剂成分，制备FFSA/GN复合吸波涂层，研究复合吸收剂对涂层性能的影响规律及相关机理。基于以上研究基础，为了拓宽有效吸收频段并提高吸收性能，在复合涂层中加入SiO2，制备FFSA/GN/SiO2复合涂层，研究其吸波性能和相关机理。 吸收剂的研究表明，FFSA属于软磁性材料，主要依赖于自然共振损耗电磁波能量。GN具有较高的介电常数，属于典型的介电损耗型材料，主要依赖极化弛豫及电导损耗衰减电磁波。SiO2经过表面改性，DNS-2型SiO2表面的羟基被惰性基团所取代，为可分散型SiO2。RNS-A型SiO2表面为活性基团，为可反应型SiO2。同时SiO2电磁参数很小，属于透波材料，可有效拓宽吸收频段并提高吸波性能。涂层的研究表明，FFSA吸波涂层的性能随含量的增加先提升后下降，且吸收峰值频率逐渐向低频区域移动。在FFSA/PU质量比为0.6∶1时，吸收峰值为-17.9dB，有效吸收频宽（RL＜-10dB）为2.9GHz。制备FFSA/SiO2涂层，吸波性能得到提升，因为SiO2可以改善阻抗匹配水平并为电磁波提供进入涂层内部的通道。FFSA/GN复合吸波涂层的性能研究发现，随GN含量的增加复合涂层的吸波性能有很大的提升，GN/FFSA/PU质量比为0.5%∶0.5∶1时，吸收峰值达到-23.7dB，有效吸收频宽达到3.1GHz。超过一定值后由于GN良好的导电性形成局部电流导致电磁波在涂层表面被大量反射，造成性能下降。在复合涂层中添加SiO2，改善阻抗匹配水平并提供电磁波通道，使复合涂层性能得到大幅提升，当复合涂层FFSA/GN/SiO2/PU质量比为0.05∶0.5%∶0.5∶1时，最小反射损耗值达到-40.6dB，有效吸收频宽达到3.3GHz。

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摘 要

Abstract

1.1 引言

1.1.1 电磁危害

1.1.2 电磁防护

1.2 吸波材料

1.2.1 吸波材料的组成

1.2.2 吸波材料的分类

1.2.3 电磁波吸收材料的研究现状及发展趋势

1.3 吸波涂层

1.3.1 吸波涂层的工作机理

1.3.2 吸波涂层理论基础及设计原则

1.3.3 吸波涂层研究现状

1.4 本论文的研究目的与研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

2 吸收剂微观形貌及电磁性能分析

2.1 实验部分

2.1.1 实验材料及设备

2.1.2 试样制备

2.1.3 电磁性能测试

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 片状铁硅铝的微观形貌和电磁特性

2.2.2 二氧化硅的微观形貌和电磁特性

2.2.3 石墨烯的微观形貌和电磁特性

2.3 本章小结

3片状铁硅铝吸波涂层的制备与性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验材料及设备

3.1.2 试样制备

3.1.3 性能测试

3.2 片状铁硅铝吸波涂层性能测试与分析

3.2.1 片状铁硅铝涂层的微观形貌

3.2.2 片状铁硅铝涂层的吸波性能

3.3 片状铁硅铝/DNS-2型二氧化硅吸波涂层性能测试与分析

3.3.1 片状铁硅铝/DNS-2型二氧化硅涂层的微观形貌

3.3.2 片状铁硅铝/DNS-2型二氧化硅涂层的吸波性能

3.4 片状铁硅铝/RNS-A型二氧化硅吸波涂层性能测试与分析

3.4.1 片状铁硅铝/RNS-A型二氧化硅涂层的微观形貌

3.4.2 片状铁硅铝/RNS-A型二氧化硅涂层的吸波性能

3.5 对比分析二氧化硅对铁硅铝涂层性能的影响

3.6 涂层面密度对比

3.7 本章小结

4 片状铁硅铝/石墨烯复合吸波涂层的制备与性能研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验材料及设备

4.1.2 试样制备

4.2 片状铁硅铝/石墨烯复合吸波涂层性能测试与分析

4.2.1 片状铁硅铝/石墨烯复合涂层的微观形貌

4.2.2 片状铁硅铝/石墨烯复合涂层的吸波性能

4.3 片状铁硅铝/石墨烯/DNS-2二氧化硅复合吸波涂层性能测试与分析

4.3.1 片状铁硅铝/石墨烯/DNS-2二氧化硅复合涂层的微观形貌

4.3.2 片状铁硅铝/石墨烯/DNS-2二氧化硅复合涂层的吸波性能

4.4 片状铁硅铝/石墨烯/RNS-A二氧化硅复合吸波涂层性能测试与分析

4.4.1 片状铁硅铝/石墨烯/RNS-A二氧化硅复合涂层的微观形貌

4.4.2 片状铁硅铝/石墨烯/RNS-A二氧化硅复合涂层的吸波性能

4.5 对比分析二氧化硅对片状铁硅铝/石墨烯复合涂层性能的影响

4.6 复合涂层面密度对比

4.7 本章小结

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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