[發明專利]具有電磁波寬頻強吸收的柔性SiC/Si3

有效

• 申請號: 201810143936.8
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108264358B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 成來飛;王鵬;李朝晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/589
• 分類號: C04B35/589;C04B35/571;C04B35/622;D01F8/18
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種具有電磁波寬頻強吸收的柔性SiC/Si₃N₄復合納米纖維的制備方法，SiC/Si₃N₄復合納米纖維主要用于嚴苛環境中對寬頻電磁波的強吸收。以聚合物轉化陶瓷方法為基礎，結合電紡絲技術，制備出了具有高電磁吸收強度和較寬電磁波吸收頻帶的柔性SiC/Si₃N₄復合納米纖維。通過對靜電紡絲工藝參數的控制，調控其紡絲電壓、紡絲流速、紡絲溶液中聚碳硅烷和聚乙烯吡咯烷酮各自的質量分數，可實現柔性納米纖維的制備。而調控燒結氣氛及溫度可調整此SiC/Si₃N₄復合納米纖維的電磁波吸收強度及有效電磁波吸收頻寬。本發明改善碳化硅納米陶瓷的電磁波吸收性能，解決現有電磁波吸收劑不能滿足在嚴苛環境中使用的問題。

技術領域

本發明屬于高頻電磁波(GHz)吸收材料的技術領域，涉及一種具有電磁波寬頻強吸收的柔性SiC/Si₃N₄復合納米纖維的制備方法。

背景技術

隨著集成電路技術以及無線通訊系統的迅猛發展，全球性的電子信息對抗及雷達探測與反探測的研發和競爭如火如荼。為了提高戰斗機等高速飛行器的反雷達偵察能力，我們期望飛行器蒙皮能以最大程度吸收雷達發射的電磁波，由此對于具有優異表現的電磁波吸收材料的要求也越來越高。考慮到此類材料嚴苛的實際服役環境，理想的電磁波吸收材料應該滿足以下要求：輕質，耐高溫，抗腐蝕，并具有較高力學強度、較強電磁波吸收效應和較寬電磁波吸收頻帶。長久以來，世界各國研究人員都對高效電磁波吸收材料的研發付出了巨大的努力。

目前已知電磁波吸收材料主要為：(1)聚合物基吸波劑；(2)磁性金屬或金屬氧化物吸波劑；(3)碳質吸波劑；(4)陶瓷基吸波劑(以碳化硅系為主)。其中，聚合物基電磁波吸波收材料主要涉及聚吡咯和聚苯胺等導電聚合物、氧化石墨烯/聚苯胺氣凝膠、石墨/聚四氟乙烯復合材料等，是基于電荷轉移原理的輕質高吸波性吸波劑，然而力學強度較低，熱穩定性較差。而磁性吸波材料主要包括四氧化三鐵/二氧化鈦核殼結構納米管、四氧化三鐵/二氧化硅納米棒、羥基鐵納米顆粒等，尺寸效應和高磁導率使其具有寬頻帶的高吸波率，卻存在較大密度和不耐酸堿腐蝕的缺點。盡管以上兩類吸波劑均具有較為優異的吸波特性，但其固有缺陷都嚴重限制了它們在電磁波吸收領域的具體應用。

最有潛力應用在嚴苛環境中的電磁波吸收劑主要包括碳質吸波劑，以及碳化硅陶瓷吸波劑。對于碳質吸波劑，國內外學者已開展了大量的研究工作。例如：北京理工大學曹茂盛等人研究了碳纖維/二氧化硅復合材料在高溫下(20～600℃)的介電特性以及電磁波吸收性能；西北工業大學殷小瑋等人通過模板法制備出了一種介孔中空碳球，其在8.4GHz處表現出-84dB的反射損耗特性，同時擁有為4.8GHz的電磁波吸收頻寬；新加坡南洋理工大學呂華良等人制備了一種碳/石墨烯球狀復合材料，發現在吸波涂層厚度僅為1.5mm的情況下，這種復合材料具有-28dB的吸收效能，且其有效電磁波吸收頻寬可達5.7GHz。由此可見碳質吸波劑具有優異的電磁波吸收能力，然而此類吸波劑會在高溫(T400℃)環境發生徹底氧化，對它們的電磁吸波表現產生嚴重影響，阻礙其實際應用。

近期，應用在電磁吸波領域的納米碳化硅陶瓷引起了廣泛關注，尤其是一維碳化硅納米材料。此類吸波劑集耐腐蝕、耐高溫、高力學強度和吉赫茲級強電磁吸波性等優良性能于一體。然而單一的極化機制以及阻抗不匹配問題嚴重影響其吸波性能。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種具有電磁波寬頻強吸收的柔性SiC/Si₃N₄復合納米纖維的制備方法，以聚合物轉化陶瓷方法為基礎，結合電紡絲技術，制備出了具有強電磁吸收和較寬的電磁波吸收頻帶的柔性SiC/Si₃N₄復合納米纖維。改善碳化硅納米陶瓷的電磁波吸收性能，解決現有電磁波吸收劑不能滿足在嚴苛環境中使用的問題。