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  隨著電子通信技術和戰斗隱身技術的不斷發展，電磁波吸收材料在未來經濟建設和國防建設中的地位日趨重要，為保護國家信息安全以及在信息化戰場上占據主動地位，發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鍵因素之一，然而，目前阻礙高性能吸波材料發展的主要問題在于：阻抗匹配特性的調節需要進行大量實驗驗證，嚴重消耗人力、時間和資源，如何快速優化吸波材料的阻抗匹配特性是一個極具挑戰的問題。“材料基因組計劃”的提出為縮短材料開發周期、大幅降低研發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新型高性能電磁波吸收材料也備受相關研究者關注。

  近日，浙江理工大學朱曜峰副教授、傅雅琴教授課題組和西南交通大學孟凡彬副教授合作在高性能吸波材料的設計上取得了突破，研究基于介電損耗型吸波材料建立的介電常數衰減評估圖，借助理想介電常數關系尋求最優阻抗匹配組分，大大縮減了調節復合吸波材料阻抗匹配特性的實驗周期。該項研究以“Well-matched impedance of polypyrrole-loaded cotton non-woven fabric/polydimethylsiloxane composite for extraordinary microwave absorption”為題發表在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，通過分析電磁參數與電磁波衰減之間的數據關系，建立了以介電損耗型吸波材料為基礎的介電常數衰減評估圖，并依據介電常數衰減評估圖選擇聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為阻抗匹配優化組分，采用簡單的“原位聚合-真空輔助”工藝制備PPy/CNFs/PDMS復合吸波體，引入PDMS后的復合吸波體介電常數曲線接近于理想吸波材料介電常數關系曲線，其電磁波吸收性能在匹配厚度為4mm時達到-25dB，有效吸收頻段覆蓋整個X波段。此外，研究利用拱形法測試PPy/CNFs/PDMS復合吸波體在不同入射角度下的反射率，結果表明，當電磁波入射角度為30°時，PPy/CNFs/PDMS復合吸波體表現出優良的電磁波吸收特性，最低反射損耗達-21.2dB，相比于PPy/CNFs復合材料（最低反射損耗未達到-10dB），PDMS的引入優化了復合材料的阻抗匹配特性，進一步提高了復合材料的吸波性能。這一研究結果表明，介電常數衰減評估圖的建立為開發高性能吸波材料提供了可靠的數據支持。

  該工作由浙江理工大學碩士生史伊媛、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，以理論計算模型指導實際材料開發，加快新型高性能吸波材料的研發速率，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