SiCnp-Co涂层电磁波吸收性能研究.docx

? ? SiCnp/Co涂层电磁波吸收性能研究 ? ? 齐笑言，吴松羽，李 响，李成俊 (国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006) 0 引言 电磁波作为一种能量存在形式，既可以携带各种信息，用于无线通讯、卫星信号、遥控、定位、导航等领域，也可以直接释放能量，用于医疗领域，或者作为能量传输的载体，用于微波输电领域[1-5]，电磁波的广泛应用，为我们的生活带来便利的同时，也产生了越来越严重的电磁污染，对人们的身体健康、电子设备的正常运行产生了不利影响[6]。吸波材料可以将入射的电磁波能量转化为其他形式的能量，达到吸收电磁波的效果，不仅具有电磁防护的作用，同时在电磁辐射能量回收领域有着光明的应用前景，因此，吸波材料逐渐成为研究人员关注的热点。 吸波材料在节能、电力、军事等领域有着广泛的应用：在保温节能领域，使用吸波材料制作车辆挡风玻璃、公共场所的门窗玻璃，透过可见光的同时吸收红外线，起到保温作用；在电力能源领域，使用吸波材料制作的防护涂层，能够有效消除工频电磁场对电力器件、高频电磁场对智能电表产生的不利影响，节约电力资源；而在军事领域，美国的F-117A型隐形轰炸机、B-2型战略轰炸机、俄罗斯S-37隐身战斗机等均采用吸波材料实现了隐身设计[7-14]。此外，由于吸波材料可以将入射的电磁波转化成为热能，Shu等人[15]设计了一种能量转化装置，实现了将电磁波能量向电能的转化，未来有希望用于电磁辐射能量的回收。 吸波材料可以将入射电磁波能量转化成为其他形式能量(如热能等)，从而达到吸收电磁波的目的。按照吸波材料的形态不同，可以将吸波材料分为结构型吸波材料、贴片型吸波材料和涂覆型吸波材料[16-19]，其中涂覆型吸波材料具有不受被防护部位几何形状、尺寸限制的优点，因此在节能环保等民用、军用方面都有着广泛的应用前景[20-21]。按照吸波材料对入射电磁波能量耗散机理的不同，可以将吸波材料分为磁损耗材料和介电损耗材料，Co、Fe、Ni等常见的磁性材料均属于磁损耗型吸波材料，这些材料通过涡流损耗、磁滞损耗等形式将电磁波的能量耗散掉[15,22-27]；C、SiC、ZnO等无磁性的吸波材料属于介电损耗型吸波材料，这些材料通过介电极化、介电弛豫等方式将电磁波的能量耗散掉[28-32]。 图1 吸波材料吸波机理示意图 在实际的研究和使用过程中，常常需要将不同的材料进行复合使用，综合利用各种损耗方式，以获得良好的吸波性能[33-45]。Liang等人[46]制备的SiC@C核壳纳米线在2.8 mm厚度下，12 GHz频率处取得最小反射损耗值(RLmin)-50 dB，有效吸波带宽(EAB, RL-10 dB)达到8 GHz。Shu等人[15]制备3D花状Co3O4-MWCNT在7.22 mm厚度下，3.44 GHz频率处取得RLmin为-61.4 dB，EAB达4.16 GHz。Meng等人[47]制备的CoFe-CNT-rGO在1.88 mm厚度下，14.2 GHz频率处取得RLmin为-43.5 dB，EAB达4.3 GHz。Zheng等人[33]制备了多层六边形MWCNTs/MnF2/CoO，在2.1 mm厚度下，14.08 GHz频率处取得RLmin为-64.73 dB，2.00 mm时EAB达6.64 GHz。Zeng等人[48]制备了Ni@C微球，在3.5 mm厚度下，RLmin可达-46.9 dB，在1～5 mm厚度范围内EAB可达14.2 GHz。 本工作将纳米碳化硅颗粒(SiCnp)与Co相复合，制备出涂覆型SiCnp/Co吸波材料，制备工艺简单，涂层吸波性能优异。 2 实验 2.1 试剂与材料 实验中使用的硅(Si，纯度≥99%)、二氧化硅(SiO2，分析纯)、碳黑(C，纯度≥99.9%)、钴(Co，纯度≥99.9%)、硅酸钠溶胶(纯度≥99%)均购自国药集团化学试剂有限公司；铝合金板购自东莞市冠美金属材料有限公司；无水乙醇(分析纯)购自天津市富宇精细化工有限公司；高纯氩气(Ar，纯度≥99.99%)购自哈尔滨黎明气体有限公司；去离子水为实验室自制。 实验中使用的电子天平AL104购自Mettler Toledo仪器有限公司，电热恒温鼓风干燥箱202-OAB购自天津市泰斯特仪器有限公司，马弗炉LU-960M购自上海欧迈科学仪器有限公司，真空干燥箱DZ-1AII购自天津市泰斯特仪器有限公司，真空管式烧结炉GSL-1700X购自合肥科晶材料技术有限公司，碳化硅烧结炉购自湖南艾普德工业技术有限公司，行星式球磨混合机KEQ-2L购自启东市宏宏仪器设备厂，涂层厚度仪QNIX8500购自广州标格达精密仪器有限公司。 2.2 SiCnp /Co复合材料的制备 本实验采用改进的碳热还原法制备SiCnp，同时，在制备