吸波材料的研究进展与展望
发布时间：2021-07-09 00:01
电子产品迅猛发展,在生产、生活、农业、工业和军事各个领域发挥重要作用,由此产生的电磁辐射和电磁干扰在生活中危害人们的身体健康,影响电子设备的正常工作,尤其在军事领域更是会影响军事设备的正常工作,对国家和人民的安全造成威胁。而吸波材料因其在隐身、通信和信息处理技术中的应用而受到广泛关注。这些材料通常需要在纳米尺度上进行功能化,以获得理想的介电和磁性能,从而诱导与入射电磁辐射的相互作用。本文综述了近年来吸波材料的研究进展,包括微波吸收的基本机理,常见的相互作用途径,以及不同种类吸波材料进行微波吸收的进展和性能评估,展望了吸波材料的未来发展方向。单一材料用来做吸波剂效果并不理想,不同类的吸波材料都有各自的特点及应用的局限性,而复合材料综合了多种材料的优异性能,同时其形态上的纳米化又将大大增强吸波效果。要实现吸波材料薄、轻、宽、强的特性及满足多频谱范围吸收、吸收强度高、价格低廉、耐高温、抗辐射等更高性能的要求,需要制备纳米复合吸波材料,通过调整材料的组分、配比、结构等对其电磁性和吸波性进行系统优化,改善材料的综合性能。同时也要兼容型多波段吸波材料的开发。能够兼容米波、厘米波及毫米波等多波段吸收...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
吸波材料原理示意图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-8-收。目前，提高RGO基吸波材料的损耗能力与阻抗匹配特性主要是通过与其他材料复合，或者构建多孔结构来实现。3.1.1.1RGO/介电复合材料引入介电材料修饰RGO基吸波材料是提高其吸波性能的方法之一。Song等人[42]首先通过冷冻干燥法制备了三维的还原氧化石墨烯泡沫(RGO)，然后在RGO表面原位生长ZnO纳米线，制备了三维RGO/ZnO复合材料。具体过程如图3-1所示。这种独特的三维结构不仅有效地降低了RGO的团聚和复合材料的密度，而且对阻抗匹配、介电损耗和电磁波在其内部散射都有很大的贡献，从而提高了微波吸收性能。三维RGO/ZnO复合材料在9.57GHz时，其反射损耗最小值为-27.8dB，匹配厚度为4.8mm，有效吸收带宽4.2GHz，覆盖整个X波段（8.2-12.4GHz）。Zhang[43]等人采用热解法制备了RGO/NiO复合材料，NiO的粒径约为10-50nm，均匀地分散在石墨烯纳米薄片上，会产生较大的介电损耗和良好的匹配特性，通过对其进行测试，结果表明，制备的RGO/NiO复合材料具有良好的吸波性能。RGO/NiO复合材料在10.6GHz下达到最小反射损耗值-55.5dB，匹配厚度为3.5mm。在匹配厚度为3.0mm时，RGO/NiO复合材料的有效吸收宽度为6.7GHz。RGO/NiO复合材料具有轻质的优点，是一种非常有前途的电磁波吸收材料。与无机纳米材料的复合能改善RGO片层在基材中分散性差的问题，还可以调节材料阻抗匹配性，提高RGO的吸波性能。图3-1三维RGO/ZnO复合材料合成过程示意图[42]Chen等[44]在RGO片层表面原位生长α-Fe2O3纳米球(RGO-Fe2O3)，其制备过程如图3-2所示。Fe2O3纳米球被包裹在RGO片层中形成特殊的三明治结构。对其进行吸波性能的测试，在6.1GHz时，RGO-Fe2O3的最小反射损耗达到-90.2dB，涂层的匹配厚度为4.5mm；当涂层匹配厚度为2mm时，有效?
哈尔滨工业大学硕士学位论文-9-GHz(11.3-18GHz)。与RGO相比，RGO-Fe2O3明显具有更优异的吸波性能，这主要是因为独特的三明治结构增加了RGO-Fe2O3的界面极化损耗。综上所述，将介电材料与RGO复合，在一定程度上能够改善RGO分散性差的缺点，同时可以提高RGO的阻抗匹配特性，并增加界面极化损耗，获得优异的吸波性能。图3-2RGO-Fe2O3复合材料的制备过程示意图[44]3.1.1.2RGO/磁性复合材料将磁性材料与RGO复合，可以增加材料的磁损耗特性，同时也可以提高其阻抗匹配特性。Yang等[45]采用一步水热法合成了ZnFe2O4/RGO复合材料。ZnFe2O4的粒径在10-30nm之间，且均匀地分布在RGO表面。在16.7GHz时，ZnFe2O4/RGO复合材料的最小RL达到-29.3dB，有效吸收带宽为2.6GHz（15.4-18GHz），匹配厚度仅为1.6mm。ZnFe2O4/RGO复合材料的TEM图和RL图如3-3所示。图3-3ZnFe2O4/RGO复合材料的TEM图和RL图[45]Kong等人[46]通过溶剂热法制备了由γ-Fe2O3纳米团簇表面修饰的还原氧化石墨烯(reducedgrapheneoxide，简称rGO)纳米薄片的二维复合物的SEM、TEM图像如3-3所示，结果表明，得到的二维复合材料具有较强的电磁反射损耗和较宽的有效吸收频带，这主要是由于在rGO上组装的胶体纳米颗粒团簇具有独特的微观结构。纳米颗粒团簇具有更多的界面，团簇内的界面极化和rGO的电导率损失是吸收电磁波的重要因素。材料在10.09GHz时达到反射损耗最小值-59.65dB，匹配厚度为2.5mm。
本文编号：3272595
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
吸波材料原理示意图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-8-收。目前，提高RGO基吸波材料的损耗能力与阻抗匹配特性主要是通过与其他材料复合，或者构建多孔结构来实现。3.1.1.1RGO/介电复合材料引入介电材料修饰RGO基吸波材料是提高其吸波性能的方法之一。Song等人[42]首先通过冷冻干燥法制备了三维的还原氧化石墨烯泡沫(RGO)，然后在RGO表面原位生长ZnO纳米线，制备了三维RGO/ZnO复合材料。具体过程如图3-1所示。这种独特的三维结构不仅有效地降低了RGO的团聚和复合材料的密度，而且对阻抗匹配、介电损耗和电磁波在其内部散射都有很大的贡献，从而提高了微波吸收性能。三维RGO/ZnO复合材料在9.57GHz时，其反射损耗最小值为-27.8dB，匹配厚度为4.8mm，有效吸收带宽4.2GHz，覆盖整个X波段（8.2-12.4GHz）。Zhang[43]等人采用热解法制备了RGO/NiO复合材料，NiO的粒径约为10-50nm，均匀地分散在石墨烯纳米薄片上，会产生较大的介电损耗和良好的匹配特性，通过对其进行测试，结果表明，制备的RGO/NiO复合材料具有良好的吸波性能。RGO/NiO复合材料在10.6GHz下达到最小反射损耗值-55.5dB，匹配厚度为3.5mm。在匹配厚度为3.0mm时，RGO/NiO复合材料的有效吸收宽度为6.7GHz。RGO/NiO复合材料具有轻质的优点，是一种非常有前途的电磁波吸收材料。与无机纳米材料的复合能改善RGO片层在基材中分散性差的问题，还可以调节材料阻抗匹配性，提高RGO的吸波性能。图3-1三维RGO/ZnO复合材料合成过程示意图[42]Chen等[44]在RGO片层表面原位生长α-Fe2O3纳米球(RGO-Fe2O3)，其制备过程如图3-2所示。Fe2O3纳米球被包裹在RGO片层中形成特殊的三明治结构。对其进行吸波性能的测试，在6.1GHz时，RGO-Fe2O3的最小反射损耗达到-90.2dB，涂层的匹配厚度为4.5mm；当涂层匹配厚度为2mm时，有效?
哈尔滨工业大学硕士学位论文-9-GHz(11.3-18GHz)。与RGO相比，RGO-Fe2O3明显具有更优异的吸波性能，这主要是因为独特的三明治结构增加了RGO-Fe2O3的界面极化损耗。综上所述，将介电材料与RGO复合，在一定程度上能够改善RGO分散性差的缺点，同时可以提高RGO的阻抗匹配特性，并增加界面极化损耗，获得优异的吸波性能。图3-2RGO-Fe2O3复合材料的制备过程示意图[44]3.1.1.2RGO/磁性复合材料将磁性材料与RGO复合，可以增加材料的磁损耗特性，同时也可以提高其阻抗匹配特性。Yang等[45]采用一步水热法合成了ZnFe2O4/RGO复合材料。ZnFe2O4的粒径在10-30nm之间，且均匀地分布在RGO表面。在16.7GHz时，ZnFe2O4/RGO复合材料的最小RL达到-29.3dB，有效吸收带宽为2.6GHz（15.4-18GHz），匹配厚度仅为1.6mm。ZnFe2O4/RGO复合材料的TEM图和RL图如3-3所示。图3-3ZnFe2O4/RGO复合材料的TEM图和RL图[45]Kong等人[46]通过溶剂热法制备了由γ-Fe2O3纳米团簇表面修饰的还原氧化石墨烯(reducedgrapheneoxide，简称rGO)纳米薄片的二维复合物的SEM、TEM图像如3-3所示，结果表明，得到的二维复合材料具有较强的电磁反射损耗和较宽的有效吸收频带，这主要是由于在rGO上组装的胶体纳米颗粒团簇具有独特的微观结构。纳米颗粒团簇具有更多的界面，团簇内的界面极化和rGO的电导率损失是吸收电磁波的重要因素。材料在10.09GHz时达到反射损耗最小值-59.65dB，匹配厚度为2.5mm。
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