碳化硅/碳泡沬基电磁波吸收超材料研究
发布时间：2020-12-20 14:20
随着雷达探测技术的发展和电磁波相关技术在生活中的普遍应用,武器装备和日常电器产品对电磁波吸收材料的需求增大,并且对吸波性能要求提高。然而传统的电磁波吸收材料因为在厚度、重量、吸收带宽、吸波效果以及服役性能等方面还有欠缺,不能很好的满足目前的实际应用和未来需求。因此,研究和探寻厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强等综合性能优异的电磁波吸收材料显得非常重要。多孔材料由于密度低和电磁波吸收性能良好,得到了人们的广泛关注。其中,碳化硅/碳泡沫材料作为一种典型的多孔材料,不仅具有宽带吸波性能,而且热稳定性和力学性能也相对较好。另外,电磁波吸收超材料因具有丰富的物理内涵、灵活的调控方法和高效的吸收性能,近年来得到了极大关注和研究,一般超材料可以在窄带实现电磁波完美吸收,并且可以根据实际需要,通过结构变化,实现吸波频段调控。本文从碳化硅/碳泡沫材料的基本电磁吸波性能出发,引入超材料设计理念,结合二者的优势,开展了高性能碳化硅/碳泡沫基电磁波吸收超材料的探索研究。首先,通过模板法制备碳化硅/碳泡沫材料,结合材料成分、微观结构、电导率和电磁参数等物理量的表征,并且以十四面体为仿真模型,基于电磁波与材料作用的基...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｆ－１１７隐身战机??并在蒙皮上涂覆了铁氧体吸波材料
一般比较固定，通过改变外形来实现雷达隐身，必定要与部分原始的装备性能向??互协同，牺牲一些机动性能，外形隐身适应的频段宽，隐身性能好，并且维护费??用低，是隐身技术的首选。例如国际上公开报道的部分隐身飞机，图１．１和１．２??呈现两种典型的隐身飞机的外形，洛克希德公司的Ｆ＿１１７隐身战斗机、诺斯普罗??公司的Ｂ－２的隐身轰炸机，均考虑了部分空气动力学性能，进行了外形隐身设??计，Ｆ－１１７使用多平面结构设计，飞机大部分是直线设计而不是气动性更好的曲??线结构，使用很奇特的飞机外形来降低雷达截面积，飞机采用纤维复合材料蒙皮，??图１．１?Ｆ－１１７隐身战机??并在蒙皮上涂覆了铁氧体吸波材料。Ｂ－２隐身轰炸机外形进行了非常特别的设计，??如图１．２所示，两个笔直的翼面前缘在机头处相接，后缘采用巨大的锯齿状结构，??这种结构设计可以很好地将雷达波偏折到飞行方向以外，降低飞机的ＲＣＳ实现??隐身
美国Ｂ－２隐身轰炸机，使用２ｍｍ厚的吸波涂层，涂层面密度为５ｋｇ／ｍ２，在８－??１８ＧＨｚ吸波性能好于－ｌＯｄＢｔ２，＇涂层材料多数是树脂和吸波材料混合而成，涂层??吸波材料一般可以分为介电吸收型和磁性吸收型。介电型吸波材料，有碳系材料，??（例如碳黒、石墨粉、石墨烯、碳纤维等）、碳化硅系列材料、导电聚合物材料??等，磁性吸波材料有铁氧体材料、铁硅系材料、镍基材料及其合金粉等【９，１２］。一??般来说，涂层吸波材料虽然大量使用，但是目前呈现以下不足：厚度较薄时，吸??波性能不佳，多数吸波性能在８－１８ＧＨｚ频段，吸波频段较窄，吸波能力一般达??不到－１０ｄＢ，吸波能力不强。涂层吸波性能较好时，其面密度较大，一般都在??３．５ｋｇ／ｍ２以上，涂层厚度多数大于０．５ｍｍ，这不利于涂层的超薄等优势的发挥，这??些指标对于涂层来说都不是很理想［２］。??贴片型吸波材料，即将吸波基材与透波材料结合成的片状吸波材料，或者吸??波材料直接成型的薄片，与涂层相比，相对较厚，但制备厚度精准，贴片型材料??可以很灵活的安装，常见的如铁氧体贴片、炭黑橡胶贴片、碳化硅吸波贴片等，??吸收衰减普遍较大，贴片吸波材料在手机、精密仪器、无线射频识别等民用产品??上有很多使用［９］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microwave metamaterials[J]. Tie Jun Cui. National Science Review. 2018(02)
[2]Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption[J]. Chen Chen,Jiabin Xi,Erzhen Zhou,Li Peng,Zichen Chen,Chao Gao. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[3]分层有耗手征介质中斜入射电磁波的传播矩阵[J]. 王飞,魏兵. 物理学报. 2017(06)
[4]几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响[J]. 柴建忠,高旭,刘学强,艾俊强. 南京航空航天大学学报. 2014(04)
[5]自由空间法测量电磁材料电磁参数[J]. 王依超,郭高凤,王娟,李恩,郑虎. 宇航材料工艺. 2014(01)
[6]高分辨透射X射线三维成像在材料科学中的应用[J]. 王绍钢,王苏程,张磊. 金属学报. 2013(08)
[7]蜂窝结构吸波材料的斜入射电磁吸波特性研究[J]. 许少峰,孙秦. 航空工程进展. 2013(01)
[8]自由空间法测试超材料的电磁参数[J]. 裴志斌,顾超,屈绍波,马华,王甲富. 空军工程大学学报(自然科学版). 2008(05)
[9]飞行器表面缝隙电磁散射特性研究[J]. 黄沛霖,刘战合. 航空学报. 2008(03)
[10]用自由空间法测试介质电磁参数[J]. 唐宗熙,张彪. 电子学报. 2006(01)
博士论文
[1]基于超材料结构的电磁波吸收特性研究[D]. 雷建国.长春理工大学 2017
[2]电磁超材料合成机理及应用关键技术研究[D]. 孙海斌.电子科技大学 2016
[3]SiC_f/SiC高温结构吸波复合材料的制备及性能研究[D]. 穆阳.西北工业大学 2016
[4]调控电磁特性超材料设计及其性能研究[D]. 程用志.华中科技大学 2015
[5]电磁超材料低散射特性研究[D]. 吴小雨.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[6]结构型吸波复合材料制备与吸波性能研究[D]. 郑夏莲.南昌大学 2014
[7]基于电磁谐振的宽频周期吸波结构设计[D]. 张辉彬.电子科技大学 2013
[8]电磁吸波超材料理论与设计研究[D]. 庞永强.国防科学技术大学 2015
[9]超材料的电磁特性与应用研究[D]. 陈曦.国防科学技术大学 2013
[10]基于电磁带隙结构的隐身技术研究及其在天线阵中的应用[D]. 李有权.国防科学技术大学 2010
本文编号：2928018
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｆ－１１７隐身战机??并在蒙皮上涂覆了铁氧体吸波材料
一般比较固定，通过改变外形来实现雷达隐身，必定要与部分原始的装备性能向??互协同，牺牲一些机动性能，外形隐身适应的频段宽，隐身性能好，并且维护费??用低，是隐身技术的首选。例如国际上公开报道的部分隐身飞机，图１．１和１．２??呈现两种典型的隐身飞机的外形，洛克希德公司的Ｆ＿１１７隐身战斗机、诺斯普罗??公司的Ｂ－２的隐身轰炸机，均考虑了部分空气动力学性能，进行了外形隐身设??计，Ｆ－１１７使用多平面结构设计，飞机大部分是直线设计而不是气动性更好的曲??线结构，使用很奇特的飞机外形来降低雷达截面积，飞机采用纤维复合材料蒙皮，??图１．１?Ｆ－１１７隐身战机??并在蒙皮上涂覆了铁氧体吸波材料。Ｂ－２隐身轰炸机外形进行了非常特别的设计，??如图１．２所示，两个笔直的翼面前缘在机头处相接，后缘采用巨大的锯齿状结构，??这种结构设计可以很好地将雷达波偏折到飞行方向以外，降低飞机的ＲＣＳ实现??隐身
美国Ｂ－２隐身轰炸机，使用２ｍｍ厚的吸波涂层，涂层面密度为５ｋｇ／ｍ２，在８－??１８ＧＨｚ吸波性能好于－ｌＯｄＢｔ２，＇涂层材料多数是树脂和吸波材料混合而成，涂层??吸波材料一般可以分为介电吸收型和磁性吸收型。介电型吸波材料，有碳系材料，??（例如碳黒、石墨粉、石墨烯、碳纤维等）、碳化硅系列材料、导电聚合物材料??等，磁性吸波材料有铁氧体材料、铁硅系材料、镍基材料及其合金粉等【９，１２］。一??般来说，涂层吸波材料虽然大量使用，但是目前呈现以下不足：厚度较薄时，吸??波性能不佳，多数吸波性能在８－１８ＧＨｚ频段，吸波频段较窄，吸波能力一般达??不到－１０ｄＢ，吸波能力不强。涂层吸波性能较好时，其面密度较大，一般都在??３．５ｋｇ／ｍ２以上，涂层厚度多数大于０．５ｍｍ，这不利于涂层的超薄等优势的发挥，这??些指标对于涂层来说都不是很理想［２］。??贴片型吸波材料，即将吸波基材与透波材料结合成的片状吸波材料，或者吸??波材料直接成型的薄片，与涂层相比，相对较厚，但制备厚度精准，贴片型材料??可以很灵活的安装，常见的如铁氧体贴片、炭黑橡胶贴片、碳化硅吸波贴片等，??吸收衰减普遍较大，贴片吸波材料在手机、精密仪器、无线射频识别等民用产品??上有很多使用［９］。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microwave metamaterials[J]. Tie Jun Cui. National Science Review. 2018(02)
[2]Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption[J]. Chen Chen,Jiabin Xi,Erzhen Zhou,Li Peng,Zichen Chen,Chao Gao. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[3]分层有耗手征介质中斜入射电磁波的传播矩阵[J]. 王飞,魏兵. 物理学报. 2017(06)
[4]几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响[J]. 柴建忠,高旭,刘学强,艾俊强. 南京航空航天大学学报. 2014(04)
[5]自由空间法测量电磁材料电磁参数[J]. 王依超,郭高凤,王娟,李恩,郑虎. 宇航材料工艺. 2014(01)
[6]高分辨透射X射线三维成像在材料科学中的应用[J]. 王绍钢,王苏程,张磊. 金属学报. 2013(08)
[7]蜂窝结构吸波材料的斜入射电磁吸波特性研究[J]. 许少峰,孙秦. 航空工程进展. 2013(01)
[8]自由空间法测试超材料的电磁参数[J]. 裴志斌,顾超,屈绍波,马华,王甲富. 空军工程大学学报(自然科学版). 2008(05)
[9]飞行器表面缝隙电磁散射特性研究[J]. 黄沛霖,刘战合. 航空学报. 2008(03)
[10]用自由空间法测试介质电磁参数[J]. 唐宗熙,张彪. 电子学报. 2006(01)
博士论文
[1]基于超材料结构的电磁波吸收特性研究[D]. 雷建国.长春理工大学 2017
[2]电磁超材料合成机理及应用关键技术研究[D]. 孙海斌.电子科技大学 2016
[3]SiC_f/SiC高温结构吸波复合材料的制备及性能研究[D]. 穆阳.西北工业大学 2016
[4]调控电磁特性超材料设计及其性能研究[D]. 程用志.华中科技大学 2015
[5]电磁超材料低散射特性研究[D]. 吴小雨.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[6]结构型吸波复合材料制备与吸波性能研究[D]. 郑夏莲.南昌大学 2014
[7]基于电磁谐振的宽频周期吸波结构设计[D]. 张辉彬.电子科技大学 2013
[8]电磁吸波超材料理论与设计研究[D]. 庞永强.国防科学技术大学 2015
[9]超材料的电磁特性与应用研究[D]. 陈曦.国防科学技术大学 2013
[10]基于电磁带隙结构的隐身技术研究及其在天线阵中的应用[D]. 李有权.国防科学技术大学 2010
本文编号：2928018
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