碳化硅基复合材料吸波性能

bxj2009

近年来，吸波材料因在无线电通讯系统、高频电路装置以及雷达隐身技术等领域的普遍应用，而受到了越来越多的关注。传统的铁氧体和磁性金属吸波材料，因比重大和抗腐蚀能力差而限制了其在苛刻环境中的应用；导电高聚物等则受其耐热性能的限制而难以在较高温度下使用。在此背景下，以制备低密度、吸收频带宽、具备较好的热稳定性和抗腐蚀能力的吸波材料为目标，制备了一系列碳化硅基复合材料，并对其吸波性能和吸波机制进行了研究。主要结果如下： 1. 对锯齿状、蠕虫状以及线状等三种形貌的碳化硅的吸波性能进行了比较，发现线状碳化硅的吸波性能最好。当材料厚度为2 mm时，其在12-15.2 GHz范围内的吸波效率达90%以上；蠕虫状碳化硅的吸波性能次之，能在2 mm厚度下，在12-18 GHz达到68%以上吸波效率；锯齿状碳化硅的吸波性能相对较差。 2. 采用浸渍法在碳化硅表面负载氧化镍，经甲烷裂解反应制备了一种新型的碳纳米管 (CNTs)、Ni和SiC的复合吸波材料（CNTs-Nip/SiC）。通过引入磁性金属镍，赋予了吸波材料有效的磁损耗能力，通过碳化硅与碳纳米管的结合对材料的复介电常数进行了调节，促进了材料的阻抗匹配。其中镍负载量为7.5%，甲烷裂解温度为700 °C时制得的样品，当厚度为1.9 mm时，其在14.5 GHz处的反射损失可低至-37.6 dB；当厚度为2 mm时，其在12.4-17.5 GHz范围内的吸波效率都在90%以上 (< -10 dB)。 3. 为了进一步提高材料的电磁波吸收性能，采用水热合成法，在碳化硅表面负载了银耳状的氢氧化镍，经过煅烧和甲烷的高温还原得到了金属镍，同时制得了一种CNTs-Ni/SiC分级纳米结构。该结构中，镍纳米颗粒相互交联，分布在碳化硅和碳纳米管上，形成了较为均一的结构。其中CNTs-Ni/SiC-700样品，能在1.5 mm厚度下，对14.5-18 GHz范围内的电磁波实现90%以上吸收，较浸渍法制得的CNTs-Nip/SiC复合材料 (15.4-18 GHz) 拓宽了0.9 GHz。 4. 采用水热合成法在碳化硅表面合成了薄膜状的Co(OH)2，经煅烧得到了相应的氧化物Co3O4，进一步在Co3O4/SiC上进行甲烷裂解，制得了一种具有碳包覆结构的C-Co/SiC纳米材料。该材料通过引入具备较高居里温度和饱和磁感应强度的钴金属以及碳化硅与碳的有效结合，达到了较好的电磁波吸收效果。当材料的厚度为1.8 mm时，材料可在12.2-18 GHz范围内实现对电磁波90%以上吸收，其吸收频带几乎可覆盖整个Ku频带 (12-18 GHz)；当材料的厚度为2.6 mm时，其可在8.2-11.5 GHz范围内吸收90%以上入射电磁波，吸收频带可覆盖X频带 (8-12 GHz) 的大部分区域。此外，该材料还展现出了较好的厚度调变性，可以通过调节材料的厚度，对电磁波实现选择性吸收。 5. 在前面的研究基础上，研究了具备良好导电能力和镍分散性的CNTs-Ni/SiC纳米材料在超级电容器和甲醇燃料电池中的应用。通过对CNTs-Ni/SiC进行电催化氧化甲醇性能的测试发现，CNTs-Ni/SiC-700具备较好的催化活性和稳定性，其质量活性可达10 A?mg-1 Ni。此外，还以锯齿状碳化硅为基体，通过水热合成与热化学裂解制备了一种C-Ni/SiC纳米材料。将其作为超级电容器的电极材料，其比电容可达1780 F?g-1，经过2500次的充放电循环后，其活性依然能保持96%。