改性羰基铁粉复合材料的制备与吸波性能

论文摘要

本文根据损耗机理选用三种吸波材料:磁损耗型羰基铁粉（CIP）,磁导率虚部大,易于与空气匹配,吸收强;电导损耗型聚苯胺（PANI）,密度小,吸收频带宽,介电常数易于控制;介电损耗型钛酸钡（BaTiO3）作为吸波材料制备工艺简单、成本低。分别选用聚苯乙烯（PS）和偶联剂（1202）对磁损耗型CIP进行表面包覆保护改性。有机PS没有对无机CIP完全包覆保护,在PS改性CIP表面复合PANI后,铁粉被氧化腐蚀,阻抗匹配性差,复合粉末几乎没有吸波性能。偶联剂可以完全包覆保护CIP,并且有利于下一步聚苯胺的包覆,还可以有效阻止磁性羰基铁粉颗粒之间的吸引团聚。采用化学氧化法制备的聚苯胺具有较高的电损耗因子,在8.7GHz能达到-13.3dB,在712GHz吸波强度均大于-5dB。在偶联剂改性的CIP上包覆PANI,当An:1202/CIP=1:1时,最强吸收略大于聚苯胺,吸收大于-5dB的宽度明显宽于羰基铁粉和聚苯胺。复合材料吸波性能的提高源于磁损耗和电导损耗之间的协同效应,对吸波效果的改善主要体现在拓宽吸波频带上。采用化学共沉淀法下制备了球形立方晶型BaTiO3粒子,平均直径43.37nm,BaTiO3粉体的吸收峰是介电损耗和磁损耗共同作用的结果。以CIP、BaTiO3为吸波剂,聚氨酯为粘结剂,用刮膜法按BaTiO3质量分数由少到多（10%、20%、30%）制备二层膜I、II、III。偶联剂预处理BaTiO3纳米粉体,能明显防止其团聚,改善在膜中分散的均匀性。磁损耗型的CIP层作为正面与空气接触,有利于实现阻抗匹配。膜I、II、III的正反面均在14GHz出现较强吸收峰,在17GHz出现吸收较弱的逆向峰,这两处的吸波效果主要由BaTiO3贡献。随着BaTiO3含量的增多,膜的吸波效果增强。CIP的磁损耗、BaTiO3自身的介电损耗、以及样品对电磁波的电导损耗是膜损耗电磁波的主要机理。BaTiO3的加入不但改善了阻抗匹配,而且BaTiO3纳米粒子可以使电磁波产生多次散射、增强损耗;CIP表面电场诱发BaTiO3界面极化介电损耗是BaTiO3增强膜吸波效果的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 电磁辐射危害
• 1.1.2 隐身技术的应用
• 1.2 吸波材料分类
• 1.2.1 按损耗机理分类
• 1.2.2 按功能分类
• 1.3 有机-无机复合涂层制备
• 1.3.1 粘结剂的选择
• 1.3.2 吸波剂的选择
• 1.3.3 成膜方法的选择
• 1.4 吸波材料与电磁波相互作用
• 1.4.1 雷达波段及用途
• 1.4.2 吸波理论
• 1.5 吸波材料发展趋势
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料、化学试剂和实验仪器
• 2.1.1 实验材料、化学试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 聚苯胺/改性羰基铁制备
• 2.2.1 改性羰基铁粉的制备
• 2.2.2 聚苯胺的制备
• 2.3 二层吸波薄膜的制备
• 2.3.1 钛酸钡的制备及改性
• 2.3.2 二层膜的制备
• 2.4 样品的表征
• 2.5 电磁性能测试
• 2.5.1 粉体电磁参数的测试
• 2.5.2 薄膜吸波性能的测试
• 第3章 聚苯胺/改性羰基铁粉复合材料制备及表征
• 3.1 聚苯乙烯改性羰基铁的制备及表征
• 3.1.1 聚苯乙烯改性羰基铁的IR分析
• 3.1.2 聚苯乙烯改性羰基铁的XRD分析
• 3.1.3 聚苯乙烯改性羰基铁的SEM分析
• 3.2 偶联剂改性羰基铁的制备及表征
• 3.2.1 偶联剂改性羰基铁的形貌分析
• 3.2.2 偶联剂改性羰基铁的IR分析
• 3.3 聚苯胺的制备及表征
• 3.3.1 聚苯胺的IR分析
• 3.3.2 聚苯胺的SEM分析
• 3.4 聚苯胺/聚苯乙烯改性羰基铁制备及吸波性能
• 3.5 聚苯胺/偶联剂改性羰基铁制备及性能
• 3.5.1 聚苯胺/偶联剂改性羰基铁IR分析
• 3.5.2 聚苯胺/偶联剂改性羰基铁SEM分析
• 3.5.3 聚苯胺/偶联剂改性羰基铁电磁参数
• 3.5.4 聚苯胺/偶联剂改性羰基铁吸波性能
• 3.6 本章小结
• 第4章 羰基铁粉-钛酸钡复合薄膜制备及吸波性能
• 4.1 钛酸钡的制备和表征
• 4.1.1 钛酸钡SEM分析
• 4.1.2 钛酸钡XRD分析
• 4.1.3 钛酸钡形成机理分析
• 4.2 粘结剂聚氨酯相关性质
• 4.3 多层膜的设计
• 4.3.1 钛酸钡粉体成膜前改性
• 4.3.2 多层膜制备工艺
• 4.4 多层膜吸波性能
• 4.4.1 钛酸钡与羰基铁粉电磁参数比较
• 4.4.2 多层膜吸波性能的测试及分析
• 4.4.3 钛酸钡增强膜吸波性能机理分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢