活性碳纤维（毡）环氧树脂吸波复合材料的设计与吸波性能的研究

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1、中文摘要作为隐身技术发展的关键之一，微波吸收材料的研究越来越受到世界各国的高度重视，成为国防科技领域的热点。在民用方面，随着科学技术和电子工业的发展，电磁辐射的负面效应已经影响到人类生活的各个方面，利用吸波材料来减弱或消除电磁波污染是一种有效的方法。微波吸收材料研究的关键在于设计、制备高效吸收剂(体)，活性碳纤维(毡)由于其吸波频带宽、质量轻、吸收强、成本低、易于设计和物化性能稳定的特点，有望成为性能优异的新型吸波剂(体)。本文对粘胶基活性碳纤维及其复合材料的吸波性能、制各工艺和吸波机理进行系统的研究，在此基础上，设计了两种新型吸波体．活性碳毡电路屏和活性碳

2、毡天线结构，详细研究了两种吸波体的吸波特性和吸波机理。。主要研究内容如下：。用粘胶基活性碳纤维作为吸收剂制备活性碳纤维／环氧树脂复合材料，研究了纤维含量、试样结构等因素对吸波性能的影响，并通过对比实际测量和理论计算得到的反射率，探索了材料的吸波机理。结果表明：活性碳纤维／环氧树脂复合材料对电磁波的主要衰减机制是介电损耗，复合材料上、下表面的干涉相消作用使得反射衰减曲线在中、高频段出现周期性波动。纤维的含量、分布方式以及吸波层厚度对复合材料的吸波性能有很大的影响。在吸波层中纤维含量相同的情况下，活性碳纤维梯度设计可以显著提高复合材料的吸波性能，吸波层中四个结构

3、层纤维含量分别为O．24叭％、0．48叭％、O．72叭％和O．96训％时，材料在4．46．18G}Iz频率范围内对电磁波有．10dB以下的吸收，7．12GHz时取得最大反射衰减．25．9dB。通过研究制备工艺对活性碳纤维微观结构和性能的影响规律，分析了纤维在微观层次上与电磁波的相互作用机制，探讨了其微观吸波机理。结果表明：制备工艺对活性碳纤维微观结构、电磁性能和吸波性能有较大的影响。活化时间20min、活化温度900℃、碳化时间60min、碳化温度425℃条件下制备的活性碳纤维，吸波性能最佳，纤维含量梯度分布复合材料的有效带宽达13．68GHz，7．O．18

4、G№频率范围内，反射衰减高于．20dB。活性碳纤维对电磁波的微观吸波机制包括7c电子极化弛豫和界面极化，其中，7c电子极化弛豫是纤维有效损耗电磁波的主要原因，界面极化机制在电磁衰减中起次要作用。研究了长度1—3衄短切活性碳纤维的介电性能，发现纤维具有频响效中文摘要应，有利于展宽吸波频带。以短切活性碳纤维作为吸收剂，依据阻抗匹配原理，优化设计了厚度4mnl的四层吸波材料，2一18GHz频率范围内反射率达到．10dB以下的频带宽度为8GHz，最大反射衰减．39．3dB。依据分块设计原理，优化设计含三个亚区域的吸波材料，三个区域的面积比SI：S2：S3=3：1：l

5、时，8．2．13．5GHz频率范围内有低于．10dB的反射率，最大反射衰减．28．9dB。以活性碳毡为材质制备感性电路屏，研究了电路屏阵列单元的结构、尺寸参数对含电路屏复合材料吸波性能的影响，并依据实验结果对材料的吸波机理进行了探讨。结果表明：含感性活性碳毡电路屏复合材料对电磁波的主要吸收机制是电磁波在电路屏和反射板之间的多次反射、衰减。电路屏的谐振频率与含电路屏复合材料吸收频带的变化规律相一致，当电路屏中碳毡所占面积比适当时，入射波的衰减量与电路屏对它的透过率近似呈正比关系。具有多个谐振频率的分形电路屏是活性碳毡电路屏的发展方向之一，经合理设计，含Minl

6、【owski分形电路屏复合材料在5．3．18GHz频率范围内有．10dB以下的吸收，有效带宽达12．7GHZ。将天线结构首次引入到吸波材料的设计中，研究了含天线结构复合材料吸波性能的影响因素及其吸波机理。结果表明：天线阵列／环氧树脂复合材料对电磁波的吸收机理为天线的电阻损耗。天线的尺寸参数、材质和两臂间电阻阻值与材料的吸波性能密切相关。在天线的起始半径R，外半径足、参数R和两臂间电阻分别为4nlm、42蚴、23．86姗和150Q的条件下，阿基米德平面螺旋天线阵列／环氧树脂复合材料的最大反射衰减．23dB，有效带宽达11GHz。含活性碳毡对称振子阵列复合材料对

7、电磁波的吸收呈各向异性，振子与入射电场平行时，其吸波性能明显优于与入射电场垂直时的吸波性能，设计材料的有效带宽可达13GHz，最大吸收峰值．30．3dB。关键词：吸波材料，吸波机理，活性碳纤维(毡)，电路屏，天线结构Ⅱ英文摘要ABSTRACTAsoneofthekeysforstealthytechnologies，microwaveabsorbingmat耐als(MAMs)havebeenpaidmorc龃dmoreattentionau0ver也eworld，明d也eyhavebecomet11ehotspotinnationaldef．ensefie

8、lds．Indomestictechnologies