【摘 要】
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随着吸波材料在航空航天、巡航导弹和高超音速飞行器等需要雷达隐身技术的军事领域应用,由于武器装备表面受强烈气动摩擦的升温作用明显,这种极端复杂严峻的应用环境对吸波材料提出了极高的要求,因此兼具吸波和隔热双重功能的新型吸波材料便应运而生。尽管目前已有部分吸波隔热一体化的新型材料被报道,但是如何通过简单高效的方法将这些功能进行有效整合仍然是一个巨大的挑战,此外,当前研究对于新型多功能吸波材料结构与功能之
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随着吸波材料在航空航天、巡航导弹和高超音速飞行器等需要雷达隐身技术的军事领域应用,由于武器装备表面受强烈气动摩擦的升温作用明显,这种极端复杂严峻的应用环境对吸波材料提出了极高的要求,因此兼具吸波和隔热双重功能的新型吸波材料便应运而生。尽管目前已有部分吸波隔热一体化的新型材料被报道,但是如何通过简单高效的方法将这些功能进行有效整合仍然是一个巨大的挑战,此外,当前研究对于新型多功能吸波材料结构与功能之间的构效关系也缺少深入的探讨。在此,本课题提出一种兼具吸波和隔热性能的新型吸波材料的简单制备方法,并深入研究了结构与吸波和隔热性能之间的关系,为多功能吸波材料的结构设计和性能研究提供新的策略。首先,将钴铁氧体（Co Fe2O4）、碳纳米管（CNTs）和水性聚氨酯（WPU）充分混合并利用一步定向冷冻干燥方法成功制备了Co Fe2O4/CNTs/WPU（CCW）气凝胶。通过同轴法,探讨了不同电磁组分比例对气凝胶性能的影响。结果表明:随着电磁组分比例的不同,样品具有不同的吸波性能,其中当CNTs与Co Fe2O4的质量比为3:2时,CCW气凝胶具有最佳的吸波效果,其最小反射损耗值(RLmin)为-45.8 d B,而添加最少CNTs的CCW气凝胶则具有最佳的隔热性能,其导热系数最低,为36.9 m W m-1 K-1。此外,本课题还对CCW气凝胶的吸波和隔热机理进行了系统的研究,这项工作为简单制备兼具吸波和隔热性能的新型吸波材料提供了新的途径。之后利用Co2+和Fe3+通过溶剂热辅助的共沉淀法在CNTs表面合成了Co Fe2O4纳米粒子,从而成功制备了CNTs@Co Fe2O4复合材料。将制得CNTs@Co Fe2O4复合材料与聚酰亚胺（PI）的前驱体聚酰胺酸（PAA）混合,通过定向冷冻干燥和热亚胺化成功制备了各向异性、多功能的CNTs@Co Fe2O4/PI（CCP）气凝胶。利用同轴法,重点分析了不同电磁组分比例和各向异性结构对气凝胶性能的影响。结果表明:当通过Co2+和Fe3+离子制备的Co Fe2O4与CNTs的质量比为2:3时,对应的CCP-3气凝胶在径向（层状结构方向）达到最优的吸波效果,其RLmin为-54.4d B,匹配厚度为2.6 mm,同时CCP-3气凝胶在轴向（蜂窝状结构方向）则具有最大有效吸波宽带,为7.15 GHz,对应厚度为3 mm。此外,CCP气凝胶在隔热性能方面也呈现出明显的各向异性,所有样品在径向的隔热性能均优于轴向,其最低的导热系数出现在CCP-3气凝胶的径向,为29.6 m W m-1 K-1,因此当CCP-3气凝胶放置在120℃的加热台上40 min,其径向的表面温度也仅为32.0℃。该气凝胶整合了疏水、吸波、隔热和优异的阻燃性等多种功能,使它在各种复杂恶劣的环境下具备广阔的应用前景。更重要的是,进一步探讨了各向异性结构诱导的吸波和隔热性能之间的差异和机理,这项工作为多功能吸波材料的精细结构设计和性能研究提供了新的思路。
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