【摘 要】
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吸波材料可以赋予武器装备隐身能力以躲避雷达探测,提高其生存能力。碳纳米管凭借其高表面积及优秀的介电性能,可作为性能优异的吸波材料。目前,碳纳米管的制备方法主要包括电弧放电法、化学气相沉积法等,一般来讲,这些技术需要复杂的设备。相比之下,化学合成路线操作简便,所需设备简单,发展前景良好。因此,本课题采用化学合成路线,基于有机凝胶前驱体来制备碳纳米管,进一步与氧化石墨烯海绵等复合进而提升吸波性能,并基
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吸波材料可以赋予武器装备隐身能力以躲避雷达探测,提高其生存能力。碳纳米管凭借其高表面积及优秀的介电性能,可作为性能优异的吸波材料。目前,碳纳米管的制备方法主要包括电弧放电法、化学气相沉积法等,一般来讲,这些技术需要复杂的设备。相比之下,化学合成路线操作简便,所需设备简单,发展前景良好。因此,本课题采用化学合成路线,基于有机凝胶前驱体来制备碳纳米管,进一步与氧化石墨烯海绵等复合进而提升吸波性能,并基于雷达散射截面（RCS）仿真来评价其在应用场景下的吸波表现。以硝酸铁、硝酸钴、柠檬酸、尿素为主要原料,基于小分子交联得到的有机凝胶前驱体制备出了原位生长的碳纳米管。测试结果表明,优化柠檬酸、金属离子的用量,在含有不同尿素含量的反应体系中,碳纳米管生长良好,外径约为20 nm,壁厚约为4 nm。制备得到的样品主要由碳纳米管和Co Fe合金组成。小分子交联制备碳纳米管前驱体的方法灵活可调,将Co2+换为Ni2+,尿素换为乙二胺同样可以促使碳纳米管生长。吸波性能方面乙二胺组样品1.5 mm的厚度下,在15.0 Ghz左右具有-25.7 d B的反射损耗值。为增强材料的吸波性能,选择与氧化石墨烯海绵、MXene海绵以浸渍法进行复合。微观结构表征显示,反应体系中二维材料的引入对碳纳米管的生长无明显影响。氧化石墨烯海绵复合组出现了Co Fe2O4相。吸波性能方面,Fe Co/CNTs/GO海绵体系在1.5 mm下,在16.5 GHz处有接近-45 d B的最大反射损耗,在2 mm下有5 GHz的有效吸收带宽。Fe Co/CNTs/MXene海绵体系在2.5mm厚度下,在12 GHz处最大反射损耗达-25 d B,最大有效吸收带宽接近6 GHz,吸波性能均十分优异。使用Catia软件构建了层合板、蜂窝板和机翼三种结构,基于乙二胺组样品的电磁参数设置吸波涂层,在CST软件中进行了RCS仿真。层合板结构中,随吸波层厚度增加,RCS缩减能力逐渐增强,在2.5mm下达到极值,为18.70d Bsm。蜂窝结构拓宽了有效吸波频宽,提升了吸波性能。1.5mm吸波层厚度下,最大RCS缩减值达22.82d Bsm.机翼结构中,3GHz下,平面波以15°角入射时具有最大RCS缩减值,约为18 d Bsm。6GHz下吸波效果要更好,在入射角度为10°和25°两种情况下,RCS缩减值都在21 dBsm左右。
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