高温吸波超材料的设计制备和性能研究

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微波吸收材料一直是军事和民用科技中的一个重要研究领域,随着技术的发展,其应用的范围越来越广,对材料性能的要求也越来越高,特别是在极端环境下的耐受性能及吸波性能。高温吸波材料具有重要的战略和军事应用价值,受到了国内外的广泛重视。传统的高温吸波材料主要依靠电损耗来吸收电磁波,存在吸波效率低、低频性能差、材料厚度大、可设计性差等问题。而吸波超材料是基于新的吸波机制,具有厚度薄、吸收强、性能易于调节的特点,是吸波材料未来发展的重点。但目前现有的吸波超材料基本上都是基于图案化金属和有机高分子介质,限制了在高温下的应用。因此,本文提出将超材料设计引入到高温吸波,设计出能够在高温下工作的超薄强吸收的超材料吸波体。具体展开以下两个方面的工作:  首先,根据超材料设计对材料电磁特性和高温特性的需求,我们选择了具有良好的耐温性能及电性能的氧化铝陶瓷和二硼化钛陶瓷分别作为组成超材料介质层与导电层的材料。利用超材料的驻波共振吸收原理,并应用有限元电磁模拟的方法设计了一种工作频率在X波段的薄层强吸收的共振型超材料,该超材料具备从室温到800℃在共振频率处有90%以上的吸收性能。为了在实验上获得高温下具有所设计的性能的超材料,我们探讨了影响该超材料吸波性能的部分重要如周期大小、介质层厚度、介电损耗等因素,以作为该超材料制备过程中的参考。结果表明,导电陶瓷单元的厚度以及电导率对吸收性能的影响不敏感,可以在较大范围内变动而基本不影响吸收性能。本部分工作为制备性能稳定的高温吸波超材料奠定了理论基础。  其次,根据设计要求,利用模板定位并采用高温胶粘接的方法制备了一种高温超材料,并开发了一种高温反射率测试系统,利用其测试了超材料在25-1000℃下的微波吸收性能。结果表明在超材料为进行高温热处理之后,超材料在室温到高温下的吸收性能稳定,吸收峰的位置随温度变化稳定在10.4-11.3 GHz之间,吸收强度达到了90%以上,表现出良好的吸波性能。  总之,在本论文中我们设计并成功制备了一种可以耐1000℃高温的吸波超材料,为高温吸波材料的发展和设计提供了新的思路。
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