【摘 要】
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随着信息全球化的不断发展,物联网技术在给人类带来便利的同时也会对信息安全、国防安全、生命安全带来不容忽视的威胁。因此吸波材料的研究在军民领域中具有重大的意义。BCN陶瓷材料具有质量轻、耐高温、性能可调控等优点,是具有良好前景的轻质介电吸波材料。铁氧体是最常见的磁损耗吸波材料,将两者复合在一起可以提高材料的吸波性能,但是单层材料的吸收带宽仍然有限。结合实验和模拟两个部分,通过梯度结构设计进一步拓展吸
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随着信息全球化的不断发展,物联网技术在给人类带来便利的同时也会对信息安全、国防安全、生命安全带来不容忽视的威胁。因此吸波材料的研究在军民领域中具有重大的意义。BCN陶瓷材料具有质量轻、耐高温、性能可调控等优点,是具有良好前景的轻质介电吸波材料。铁氧体是最常见的磁损耗吸波材料,将两者复合在一起可以提高材料的吸波性能,但是单层材料的吸收带宽仍然有限。结合实验和模拟两个部分,通过梯度结构设计进一步拓展吸收带宽,通过超结构设计可以减少吸波剂的用量,并通过实验验证。模拟部分,首先采用Excel的VBA模块利用遗传算法优化梯度材料的铺层厚度和铺层材料。采用实验制备的12种吸波剂进行梯度结构优化,得到EBA为3.28 GHz,RLmin为-45.57 d B。由于实验制备的材料较为接近使得优化结果较差,因此从文献中提取79种材料一起进行优化,得到铺层结构的EBA为15.76 GHz,RLmin为-46.22 GHz。几乎可以实现全频宽频吸波。然后在梯度结构结构的基础上利用CST优化每层的三角形、四边形、六边形结构单元尺寸。得到三角形梯度超结构的EBA为2.69 GHz,RLmin为-15.48 d B,填充量最低为67%,可以节省大量吸波剂。实验部分,首先是吸波剂的制备,采用硼酸、尿素、三聚氰胺、石墨烯纳米片和硝酸铁为主要的原料通过液相反应制备先驱体,通过高温烧结制备吸波剂。通过改变先驱体反应物配比（尿素的含量）和不同的热处理工艺（最高烧结温度）对制备的BCN/FexOy材料的形貌结构及吸波性能进行研究。研究表明随着温度的升高铁氧体逐渐被还原成铁单质、BCN形成更加稳定的BN/C结构。相同退火温度下,随着先驱体中尿素含量增加吸波性能越好。P3先驱体所制备的吸波剂随着温度的提高其吸波性能呈现先增加后减少的趋势。P3H3的吸波性能最好,最低反射损耗为-50.56 d B在频率5.2 GHz厚度5.5 mm取得,有效吸收带宽为3.92 GHz在厚度5.5 mm取得。然后根据模拟结果将上述制备的吸波剂填充到树脂框架中制备梯度结构和梯度超结构,采用波导法测试吸波性能。与模拟相比,梯度结构的实验相对误差较小,相似度评估值仅为0.05,梯度超结构的实验相对误差较大,相似度评估值为0.26。采用商业购买的吸波剂制备180*180 mm大板,通过弓形法测试吸波性能,得到实验与模拟相似度仅为0.09,证明周期性不足对梯度超结构带来很大影响。最后在斜入射下探究吸波性能,随着入射角度的增大TE模式的RL逐渐减小,TM模式的RL逐渐增大。实验RL值普遍要低于模拟的,在20°和35°入射实验和模拟基本一致,在50°和65°入射实验RL波动性较大并且与模拟结果相差较大,说明弓形法不适用与低角度测量。
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