本文主要研究内容
作者牛芳旭（2019）在《碳化硅及其复合材料的制备与电磁波吸收性能研究》一文中研究指出：吸波材料不仅在军事领域具有特殊的战略地位,在民用上也日趋广泛。随着现代科技的飞速发展,各相关领域对吸波材料的要求不仅有“宽、薄、轻、强”,还有多频谱、高强度、耐高温、抗辐射等。碳化硅(SiC)作为吸波材料具有密度低、热膨胀系数小、强度高、耐化学腐蚀、抗氧化等优点,但其介电和吸波性能有待加强。本文以SiC纳米线、有机硅前驱体转化硅氧碳(PDCs-SiOC)复相陶瓷、SiC复合材料为对象,研究了几种材料的制备工艺、电磁性能、吸波性能以及能量损耗机制。本文利用含氢聚硅氧烷(H-PSO)和二乙烯基苯(DVB)或四甲基四乙烯基环四硅氧烷(D4)的交联体,通过气相沉积法在石墨等基体表面生长SiC纳米线。系统研究了反应温度、前驱体粒径、生长基体、聚合物成分、催化剂对SiC纳米线生长的影响,优化了 SiC纳米线的制备工艺。研究发现,温度和生长基体是影响SiC纳米线生长的关键因素,温度不低于1500℃的条件下在石墨基体表面制备出了结晶性高、纯度高、线形结构良好、产量高的SiC纳米线;石墨板表面的活性碳原子以及粗糙多孔的结构更容易促成SiC晶核的生成,进而提高SiC纳米线的产量。SiC纳米线丰富的缺陷偶极子极化、界面极化以及三维网络结构造成的多重反射损耗和电导损耗赋予其优异的介电和吸波性能。当SiC纳米线和石蜡的配比为3:7时,在2～18GHz范围内,介电实部和虚部分别为15和4左右,吸波材料在17.28GHz处取得最低反射损耗-52.4dB,吸波层厚度仅1.29mm。通过热重测试和氧化实验证明,SiC纳米线具有优异的抗氧化性,在空气中的起始氧化温度为850℃左右,是一种有潜力的耐高温吸波剂。H-PSO和DVB或D4的交联体不仅能为SiC纳米线的生长提供气源,还可作为SiOC陶瓷的前驱体。聚硅氧烷(PSO)转化SiOC陶瓷的制备方式简单、成本低,然而未改性PSO转化陶瓷的介电参数低、吸波强度不高。本文调整H-PSO和DVB或D4的比例,制备了六种不同Si、C、O和H元素含量的聚合物前驱体,结合处理温度的改变实现了对SiOC陶瓷成分与结构的调控。H-PSO-DVB和H-PSO-D4两种体系前驱体转化陶瓷的产率、元素组成和结晶性有明显区别:H-PSO-D4体系前驱体转化陶瓷的产率较高,当处理温度为1500℃时,陶瓷产率为70%左右,而相同温度下H-PSO-DVB体系前驱体的陶瓷产率不到50%;提高前驱体中DVB组分的含量能增加SiOC陶瓷中自由碳的含量,而H-PSO-D4体系前驱体转化陶瓷中Si和O元素的含量更高,C元素的含量更低;H-PSO-DVB体系前驱体转化陶瓷的晶化温度低于H-PSO-D4体系前驱体,结晶性更好。利用高倍透射电子显微镜(HRTEM)观察了SiOC陶瓷的微观结构,分析了其陶瓷化过程:温度较低时,聚合物转化陶瓷由非晶SiOC相以及乱层石墨结构的自由碳构成;随温度升高,非晶SiOC中形成短程有序区,并逐渐长成SiC纳米晶,自由碳的有序度提高:继续提高温度,小尺寸的SiC纳米晶长成5～10nm的SiC晶粒,同时自由碳的乱层石墨结构更明显,SiOC陶瓷由SiC晶粒、乱层石墨结构的自由碳以及非晶区组成。为了提高前驱体转化SiOC陶瓷的结晶性和产物中SiC纳米线的含量,在聚合物中加入了二茂铁,研究了含Fe前驱体转化陶瓷的物相、成分、微观结构和热稳定性。研究发现,加Fe催化剂达到了提高陶瓷结晶性和SiC纳米线含量的目的,Fe催化剂辅助转化陶瓷遵循固液固机制,降低了晶化温度。为了进一步提高前驱体转化陶瓷产物中SiC纳米线的含量,将含二茂铁的聚合物前驱体包覆在氧化石墨片层表面,在1500℃条件下热处理,Fe催化剂可降低SiC纳米线生长所需的能量,石墨片能为SiC纳米线创造更大的生长空间。对不同条件下转化SiOC陶瓷的介电和吸波性能进行了对比分析,得出了SiOC陶瓷制备工艺-结构-性能之间的联系。SiOC陶瓷中的电磁波损耗机制为极化弛豫损耗和电导损耗:当处理温度较低时,大量的短程有序区镶嵌在非晶SiOC内部,极化弛豫损耗丰富,随着陶瓷的匀质化,SiC晶粒的长大,极化弛豫损耗逐渐减弱;当SiOC陶瓷中乱层石墨结构的自由碳较多时,由于隧道效应会产生局部微电流,引起电导损耗,1400℃转化陶瓷中乱层石墨结构的自由碳含量高,与其它温度制备样品相比,具有更高的介电参数。当H-PSO和DVB的配比为2:1时,前驱体在1000℃转化陶瓷的微波吸收可达-27.1dB,该SiOC陶瓷经400℃氧化后的介电实部和虚部分别保持在4.49～7.45和1.74～2.18,微波吸收可达-15.2dB。利用化学镀工艺制备了 Co-Ni-P纳米颗粒修饰SiC纳米线和Co-P纳米薄膜修饰SiC纳米线,构建了由磁性材料与SiC纳米线组成的三维网络结构,复合材料兼备电损耗和磁损耗。SiC纳米线表面的Co-Ni-P合金为非晶圆球状,丰富的介电损耗、电导损耗和磁损耗赋予其优异的吸波性能,微波吸收可达-45dB;而Co-P合金为纳米晶粒,并在SiC纳米线表面形成致密的薄膜结构,由于其阻抗匹配较差,微波吸收仅为-16.18dB。采用原位聚合法制备了导电聚苯胺(PANI)包覆SiC纳米颗粒复合材料,PANI层的厚度可控,研究了不同复合比例SiC/PANI在2～18GHz范围内的介电和吸波性能,并探讨了复合材料的吸波机理。复合材料的介电实部和虚部值与PANI含量正相关,当PANI的质量分数为22.1%时,复合材料的微波吸收可达-51.34dB,吸波层厚度仅1.9mm,有效吸收(<-10dB)带宽为5.26GHz。
Abstract
xi bo cai liao bu jin zai jun shi ling yu ju you te shu de zhan lve de wei ,zai min yong shang ye ri qu an fan 。sui zhao xian dai ke ji de fei su fa zhan ,ge xiang guan ling yu dui xi bo cai liao de yao qiu bu jin you “kuan 、bao 、qing 、jiang ”,hai you duo pin pu 、gao jiang du 、nai gao wen 、kang fu she deng 。tan hua gui (SiC)zuo wei xi bo cai liao ju you mi du di 、re peng zhang ji shu xiao 、jiang du gao 、nai hua xue fu shi 、kang yang hua deng you dian ,dan ji jie dian he xi bo xing neng you dai jia jiang 。ben wen yi SiCna mi xian 、you ji gui qian qu ti zhuai hua gui yang tan (PDCs-SiOC)fu xiang tao ci 、SiCfu ge cai liao wei dui xiang ,yan jiu le ji chong cai liao de zhi bei gong yi 、dian ci xing neng 、xi bo xing neng yi ji neng liang sun hao ji zhi 。ben wen li yong han qing ju gui yang wan (H-PSO)he er yi xi ji ben (DVB)huo si jia ji si yi xi ji huan si gui yang wan (D4)de jiao lian ti ,tong guo qi xiang chen ji fa zai dan mo deng ji ti biao mian sheng chang SiCna mi xian 。ji tong yan jiu le fan ying wen du 、qian qu ti li jing 、sheng chang ji ti 、ju ge wu cheng fen 、cui hua ji dui SiCna mi xian sheng chang de ying xiang ,you hua le SiCna mi xian de zhi bei gong yi 。yan jiu fa xian ,wen du he sheng chang ji ti shi ying xiang SiCna mi xian sheng chang de guan jian yin su ,wen du bu di yu 1500℃de tiao jian xia zai dan mo ji ti biao mian zhi bei chu le jie jing xing gao 、chun du gao 、xian xing jie gou liang hao 、chan liang gao de SiCna mi xian ;dan mo ban biao mian de huo xing tan yuan zi yi ji cu cao duo kong de jie gou geng rong yi cu cheng SiCjing he de sheng cheng ,jin er di gao SiCna mi xian de chan liang 。SiCna mi xian feng fu de que xian ou ji zi ji hua 、jie mian ji hua yi ji san wei wang lao jie gou zao cheng de duo chong fan she sun hao he dian dao sun hao fu yu ji you yi de jie dian he xi bo xing neng 。dang SiCna mi xian he dan la de pei bi wei 3:7shi ,zai 2～18GHzfan wei nei ,jie dian shi bu he xu bu fen bie wei 15he 4zuo you ,xi bo cai liao zai 17.28GHzchu qu de zui di fan she sun hao -52.4dB,xi bo ceng hou du jin 1.29mm。tong guo re chong ce shi he yang hua shi yan zheng ming ,SiCna mi xian ju you you yi de kang yang hua xing ,zai kong qi zhong de qi shi yang hua wen du wei 850℃zuo you ,shi yi chong you qian li de nai gao wen xi bo ji 。H-PSOhe DVBhuo D4de jiao lian ti bu jin neng wei SiCna mi xian de sheng chang di gong qi yuan ,hai ke zuo wei SiOCtao ci de qian qu ti 。ju gui yang wan (PSO)zhuai hua SiOCtao ci de zhi bei fang shi jian chan 、cheng ben di ,ran er wei gai xing PSOzhuai hua tao ci de jie dian can shu di 、xi bo jiang du bu gao 。ben wen diao zheng H-PSOhe DVBhuo D4de bi li ,zhi bei le liu chong bu tong Si、C、Ohe Hyuan su han liang de ju ge wu qian qu ti ,jie ge chu li wen du de gai bian shi xian le dui SiOCtao ci cheng fen yu jie gou de diao kong 。H-PSO-DVBhe H-PSO-D4liang chong ti ji qian qu ti zhuai hua tao ci de chan lv 、yuan su zu cheng he jie jing xing you ming xian ou bie :H-PSO-D4ti ji qian qu ti zhuai hua tao ci de chan lv jiao gao ,dang chu li wen du wei 1500℃shi ,tao ci chan lv wei 70%zuo you ,er xiang tong wen du xia H-PSO-DVBti ji qian qu ti de tao ci chan lv bu dao 50%;di gao qian qu ti zhong DVBzu fen de han liang neng zeng jia SiOCtao ci zhong zi you tan de han liang ,er H-PSO-D4ti ji qian qu ti zhuai hua tao ci zhong Sihe Oyuan su de han liang geng gao ,Cyuan su de han liang geng di ;H-PSO-DVBti ji qian qu ti zhuai hua tao ci de jing hua wen du di yu H-PSO-D4ti ji qian qu ti ,jie jing xing geng hao 。li yong gao bei tou she dian zi xian wei jing (HRTEM)guan cha le SiOCtao ci de wei guan jie gou ,fen xi le ji tao ci hua guo cheng :wen du jiao di shi ,ju ge wu zhuai hua tao ci you fei jing SiOCxiang yi ji luan ceng dan mo jie gou de zi you tan gou cheng ;sui wen du sheng gao ,fei jing SiOCzhong xing cheng duan cheng you xu ou ,bing zhu jian chang cheng SiCna mi jing ,zi you tan de you xu du di gao :ji xu di gao wen du ,xiao che cun de SiCna mi jing chang cheng 5～10nmde SiCjing li ,tong shi zi you tan de luan ceng dan mo jie gou geng ming xian ,SiOCtao ci you SiCjing li 、luan ceng dan mo jie gou de zi you tan yi ji fei jing ou zu cheng 。wei le di gao qian qu ti zhuai hua SiOCtao ci de jie jing xing he chan wu zhong SiCna mi xian de han liang ,zai ju ge wu zhong jia ru le er mao tie ,yan jiu le han Feqian qu ti zhuai hua tao ci de wu xiang 、cheng fen 、wei guan jie gou he re wen ding xing 。yan jiu fa xian ,jia Fecui hua ji da dao le di gao tao ci jie jing xing he SiCna mi xian han liang de mu de ,Fecui hua ji fu zhu zhuai hua tao ci zun xun gu ye gu ji zhi ,jiang di le jing hua wen du 。wei le jin yi bu di gao qian qu ti zhuai hua tao ci chan wu zhong SiCna mi xian de han liang ,jiang han er mao tie de ju ge wu qian qu ti bao fu zai yang hua dan mo pian ceng biao mian ,zai 1500℃tiao jian xia re chu li ,Fecui hua ji ke jiang di SiCna mi xian sheng chang suo xu de neng liang ,dan mo pian neng wei SiCna mi xian chuang zao geng da de sheng chang kong jian 。dui bu tong tiao jian xia zhuai hua SiOCtao ci de jie dian he xi bo xing neng jin hang le dui bi fen xi ,de chu le SiOCtao ci zhi bei gong yi -jie gou -xing neng zhi jian de lian ji 。SiOCtao ci zhong de dian ci bo sun hao ji zhi wei ji hua chi yu sun hao he dian dao sun hao :dang chu li wen du jiao di shi ,da liang de duan cheng you xu ou rang qian zai fei jing SiOCnei bu ,ji hua chi yu sun hao feng fu ,sui zhao tao ci de yun zhi hua ,SiCjing li de chang da ,ji hua chi yu sun hao zhu jian jian ruo ;dang SiOCtao ci zhong luan ceng dan mo jie gou de zi you tan jiao duo shi ,you yu sui dao xiao ying hui chan sheng ju bu wei dian liu ,yin qi dian dao sun hao ,1400℃zhuai hua tao ci zhong luan ceng dan mo jie gou de zi you tan han liang gao ,yu ji ta wen du zhi bei yang pin xiang bi ,ju you geng gao de jie dian can shu 。dang H-PSOhe DVBde pei bi wei 2:1shi ,qian qu ti zai 1000℃zhuai hua tao ci de wei bo xi shou ke da -27.1dB,gai SiOCtao ci jing 400℃yang hua hou de jie dian shi bu he xu bu fen bie bao chi zai 4.49～7.45he 1.74～2.18,wei bo xi shou ke da -15.2dB。li yong hua xue du gong yi zhi bei le Co-Ni-Pna mi ke li xiu shi SiCna mi xian he Co-Pna mi bao mo xiu shi SiCna mi xian ,gou jian le you ci xing cai liao yu SiCna mi xian zu cheng de san wei wang lao jie gou ,fu ge cai liao jian bei dian sun hao he ci sun hao 。SiCna mi xian biao mian de Co-Ni-Pge jin wei fei jing yuan qiu zhuang ,feng fu de jie dian sun hao 、dian dao sun hao he ci sun hao fu yu ji you yi de xi bo xing neng ,wei bo xi shou ke da -45dB;er Co-Pge jin wei na mi jing li ,bing zai SiCna mi xian biao mian xing cheng zhi mi de bao mo jie gou ,you yu ji zu kang pi pei jiao cha ,wei bo xi shou jin wei -16.18dB。cai yong yuan wei ju ge fa zhi bei le dao dian ju ben an (PANI)bao fu SiCna mi ke li fu ge cai liao ,PANIceng de hou du ke kong ,yan jiu le bu tong fu ge bi li SiC/PANIzai 2～18GHzfan wei nei de jie dian he xi bo xing neng ,bing tan tao le fu ge cai liao de xi bo ji li 。fu ge cai liao de jie dian shi bu he xu bu zhi yu PANIhan liang zheng xiang guan ,dang PANIde zhi liang fen shu wei 22.1%shi ,fu ge cai liao de wei bo xi shou ke da -51.34dB,xi bo ceng hou du jin 1.9mm,you xiao xi shou (<-10dB)dai kuan wei 5.26GHz。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的牛芳旭，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于碳化硅论文,陶瓷论文,聚合物前驱体论文,介电性能论文,微波吸收论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。