螺旋聚炔基纳米复合材料的制备及其辐射性能研究

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随着战场上探测系统的不断完善,可见光、雷达、激光、毫米波、声波等隐身技术的研究逐渐朝着宽频段、全方位、多功能化发展。红外波段辐射在吸波介质中的能量转化形式主要为价带跃迁、晶格振动或化学键振动等,且可能使辐射波发生频移,远离红外大气窗口,使得目标表面的有效红外发射降低;而微波吸收则是利用电、磁损耗显著吸收或衰减投射到目标表面的微波能,并将其转变成热能或使之因干涉而耗散,以减少回波能量。由于吸波机理的差异性,如何实现宽频谱、多波段条件下的电磁波有效兼容是目前吸波材料研究的难点和热点。本文制备了含溴螺旋聚炔大分子,通过对螺旋聚炔进行傅里叶红外、核磁氢谱、紫外-可见光谱、圆二色谱和比旋度等表征,确定了聚炔分子结构。调节Br原子含量并测定聚合物的红外发射率,研究了内部原子振动引起的分子内氢键作用对红外发射率降低的作用机制。另外制备了NiCo-alloy@T-g-C3N4空心微管,将含溴螺旋聚炔与NiCo合金纳米片包裹的空心管状氮化碳进行复合,制备得到了有机-无机复合材料,并研究了该复合材料的微观形貌结构与性能之间的构效关系。得出的结论如下:1.含溴螺旋聚炔的制备、表征及其红外辐射性能研究合成了含溴原子的N-炔丙酰胺单体M1和含L-乳酸侧链的手性单体M2,在铑催化剂作用下沉淀聚合得到了由球形结构构成的网状结构螺旋聚乙炔,通过调节两种单体的比例得到了不同Br含量的聚合物,并比较了比旋光度和红外发射率之间的关系。通过对比发现,红外发射率以及比旋光度随着Br含量的增加呈现下降趋势。我们将其归因于卤素原子比烷烃链更容易发生极化,并且分子的极性增加了分子之间的吸引(正负电荷吸引)。我们模拟了共聚物的单元结构,证明Br原子暴露于聚炔主链外侧,加之较小键合强度的C-Br键导致高频振动。因此,随着Br含量增加,分子内振动随之增加并产生大量反射而不是吸收,进而导致共聚物的红外发射率降低。2.NiCo-alloy@T-g-C3N4空心微管的制备及其辐射性能研究以g-C3N4作为C载体,在外侧包裹NiCo-LDH纳米片,经过水热反应和煅烧,得到纳米合金粒子包裹空心管状g-C3N4复合物(NC@TCN)。调节金属Ni和Co的比例可改变NC@TCN复合材料的微波吸收能力,在石蜡基质中当该复合物镍钴金属摩尔数相同,20 wt%填料量,2.5 mm厚度时,复合物的最佳反射损耗RLmin值在频率为10.8 GHz时即可达到-36.7 dB。此外,通过吸收剂涂层厚度的变化可以实现4.9 GHz(8.7-13.6 GHz)的有效可调带宽。当Ni和Co的比例调节为1:1时,红外发射率为0.729。由于NC@TCN本身的高孔隙率、多层异质结构、界面极化、介电共振等因素协同作用提高了其吸波能力。3.PA/NiCo-alloy@T-g-C3N4杂化材料的制备及其辐射性能研究通过简单可行的溶液共混法,成功地制备了一种新颖的多级异构PA/NiCo-alloy@T-g-C3N4(PA/NC@TCN)复合物。聚炔PA由规则的网状结构变为均匀的球形颗粒,分散度升高。PA的引入并没有破坏空心管状氮化碳材料的晶体结构以及表面形貌,且该复合物具备聚炔分子的光学活性,红外发射率可降低至0.537。聚炔粒子的引入大大提高了各组分间的协同效应,NiCo合金纳米片得以更加稳定的包裹于管状g-C3N4表面且不易被氧化。PA/NC@TCN复合物在石蜡中填充量仅为20 wt%,厚度为2.0 mm时,最宽吸收频带为7.2 GHz,RLmin可达-44.5 dB,相比于单一的PA和NC@TCN组分性能都有所提高。
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