手性聚苯胺及其与无机吸收剂复合材料的制备和吸波性能研究

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1、手性聚苯胺及其与无机吸收剂复合材料的制备和吸波性能研究重庆大学博士学位论文学生姓名：唐继海指导教师：马利教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一四年十月PreparationandMicrowaveAbsorptionPropertiesofChiralPolyanilineandItsCompositeswithInorganicAbsorberAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEn

2、gineeringByTangJihaiSupervisedbyProf.MaLiSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringCollegeofMaterialsScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober,2014中文摘要摘要雷达波吸收材料（RAM）是现代飞行器、武器装备隐身的重要支撑材料，是雷达隐身的基础。随着现代探测技术的迅猛发展和探测设备的不断更新应用，给作战装备带来了极大的威胁。目前，传统的吸波材料已经取得了一定的研究进展，实现了工程化应

3、用。但是，仍然存在吸波频带窄、吸波强度低、环境稳定性差等问题。为了提高作战装备的生存概率、提升作战装备的突防性能和提高吸波材料的应用稳定性，急需在传统吸收剂的基础上，揭示新的吸波机理，研究新型高效吸收剂。本文从电磁波理论研究和吸波机理分析出发，结合新型高分子吸波材料聚苯胺(PANI)在吸波性能上的独特特点，对传统吸收剂进行修饰改性，研制出了手性聚苯胺（chiralPANI）、chiral-PANI/SiC、chiral-PANI/PVP/CIP等新型高效复合吸收剂。本文借助电子扫描电镜（SEM）、红外光谱分析仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、电化学工作站、电导率

4、测试仪、热重分析仪（TGA）、矢量网络分析仪（VNA）等材料检测设备对制备的新型复合吸收剂的形貌、结构和电磁性能等进行了测试和分析，探讨了形貌结构、电磁参数对复合吸波材料吸波性能的影响。并根据电磁波传输线理论，采用计算机辅助计算优化设计快速表征了复合吸波材料的吸波性能，制备出阻抗匹配性能好、吸波性能优异的新型复合吸波材料。主要研究内容及结论如下：⑴在0.4T恒定磁场条件下采用原位化学氧化聚合法制备了手性聚苯胺（chiralPANI）。探讨了磁场环境对chiralPANI微观形貌、手性性能、电导率、电磁性能和吸波性能的影响。研究表明，磁场作用对自由基类的手性聚苯胺合成具

5、有显著影响，尤其是在提高chiralPANI产物的取向性、电导率方面有着明显作用。磁场作用有利于三重态自由基的生成，使得chiralPANI产物的分子链更加伸展，手性结构更长，排列更为有序。由于磁场作用加强了手性酸D-CSA的诱导取向能力，使得chiralPANI产物的电导率、介电损耗能力和磁损耗能力都有了较大提高，具有了更优的电磁波损耗能力。磁场效应的加入大大增强了chiralPANI的微波吸收性能，最小雷达波反射率（RL）比非磁场条件下制备的手性聚苯胺降低了21.77%，RL＜-10dB的有效带宽增加了4.7倍。⑵采用原位化学氧化聚合法，通过复合电损耗型吸收剂Si

6、C和chiral-PANI制备了核壳结构吸收剂chiral-PANI/SiC，表征分析了chiral-PANI/SiC复合吸收剂的微观形貌、结构、热稳定性、电磁参数及微波吸收性能。通过红外光谱（FTIR）、X射线衍射光谱（XRD）对chiralPANI与chiral-PANI/SiC复合吸收剂进行的表征I重庆大学博士学位论文分析，比较发现SiC与chiralPANI之间存在一定的相互作用力；通过扫描电子显微镜（SEM）对其进行的形貌观察，显示SiC颗粒被一维chiralPANI均匀包覆；通过热重分析仪对其进行热稳定性分析，推算出chiral-PANI/SiC复合吸收剂

7、中chiral-PANI的质量含量约为31.6%；通过矢量网络分析仪（VNA）对纯SiC、chiral-PANI与chiral-PANI/SiC复合吸收剂在26.5-40GHz频段范围内电磁参数的进行了测试分析，经计算机辅助设计计算得出，与纯SiC吸收剂相比，chiral-PANI/SiC吸波材料最小的雷达波反射率继续减小到了-21.53dB，有效带宽（RL＜-10dB）提高到了8.10GHz。结果证明，经chiral-PANI修饰包覆的SiC核壳结构复合吸波材料，吸波强度得到了明显提高，并且拓宽了有效吸收频带。⑶在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液中采