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  隨著電子通信技術(shù)和戰(zhàn)斗隱身技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁波吸收材料在未來經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中的地位日趨重要，為保護(hù)國(guó)家信息安全以及在信息化戰(zhàn)場(chǎng)上占據(jù)主動(dòng)地位，發(fā)展高性能吸波材料迫在眉睫。阻抗匹配特性是決定吸波材料性能的關(guān)鍵因素之一，然而，目前阻礙高性能吸波材料發(fā)展的主要問題在于：阻抗匹配特性的調(diào)節(jié)需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，嚴(yán)重消耗人力、時(shí)間和資源，如何快速優(yōu)化吸波材料的阻抗匹配特性是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的問題。“材料基因組計(jì)劃”的提出為縮短材料開發(fā)周期、大幅降低研發(fā)成本及提高新型功能材料性能提供了靈感，如何利用這一概念開發(fā)新型高性能電磁波吸收材料也備受相關(guān)研究者關(guān)注。

  近日，浙江理工大學(xué)朱曜峰副教授、傅雅琴教授課題組和西南交通大學(xué)孟凡彬副教授合作在高性能吸波材料的設(shè)計(jì)上取得了突破，研究基于介電損耗型吸波材料建立的介電常數(shù)衰減評(píng)估圖，借助理想介電常數(shù)關(guān)系尋求最優(yōu)阻抗匹配組分，大大縮減了調(diào)節(jié)復(fù)合吸波材料阻抗匹配特性的實(shí)驗(yàn)周期。該項(xiàng)研究以“Well-matched impedance of polypyrrole-loaded cotton non-woven fabric/polydimethylsiloxane composite for extraordinary microwave absorption”為題發(fā)表在Composites Science and Technology上 (DOI: /10.1016/j.compscitech.2020.108246) 。

PPy/CNFs/PDMS制備流程及微波吸收機(jī)制示意圖

  該工作以“材料基因組工程”為靈感，通過分析電磁參數(shù)與電磁波衰減之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，建立了以介電損耗型吸波材料為基礎(chǔ)的介電常數(shù)衰減評(píng)估圖，并依據(jù)介電常數(shù)衰減評(píng)估圖選擇聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為阻抗匹配優(yōu)化組分，采用簡(jiǎn)單的“原位聚合-真空輔助”工藝制備PPy/CNFs/PDMS復(fù)合吸波體，引入PDMS后的復(fù)合吸波體介電常數(shù)曲線接近于理想吸波材料介電常數(shù)關(guān)系曲線，其電磁波吸收性能在匹配厚度為4mm時(shí)達(dá)到-25dB，有效吸收頻段覆蓋整個(gè)X波段。此外，研究利用拱形法測(cè)試PPy/CNFs/PDMS復(fù)合吸波體在不同入射角度下的反射率，結(jié)果表明，當(dāng)電磁波入射角度為30°時(shí)，PPy/CNFs/PDMS復(fù)合吸波體表現(xiàn)出優(yōu)良的電磁波吸收特性，最低反射損耗達(dá)-21.2dB，相比于PPy/CNFs復(fù)合材料（最低反射損耗未達(dá)到-10dB），PDMS的引入優(yōu)化了復(fù)合材料的阻抗匹配特性，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的吸波性能。這一研究結(jié)果表明，介電常數(shù)衰減評(píng)估圖的建立為開發(fā)高性能吸波材料提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

  該工作由浙江理工大學(xué)碩士生史伊媛、博士生俞璐軍在朱曜峰副教授和傅雅琴教授的指導(dǎo)下完成。研究工作得到了西南交大孟凡彬副教授的全程指導(dǎo)，以理論計(jì)算模型指導(dǎo)實(shí)際材料開發(fā)，加快新型高性能吸波材料的研發(fā)速率，并提高吸波材料微波吸收效率。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108246