纳米胶囊材料的原子层沉积制备及其吸波波段的磁场调谐

Stealth technology is a decisive technique that affects the survival ability of the weapon and equipment in the battlefield. Due to the physical limit, absorbing material can only absorb microwave within limited wave band, unable to meet the strategic needs of compatible absorption of electromagnetic wave at this stage of complex and ultra wideband radar detection, which becomes a bottleneck to restrict the development and application of absorbing materials. It has an immeasurable value of military application to develop new intelligent absorbing materials using increasingly advanced technology of material preparation and realize electromagnetic wave tunable absorption through incentive and control of external means. this topic is to be carried out based on the the important demand of tunable wave absorbing materials. 1. To design and prepare a tunable microwave absorbing nano capsule material using advantages atomic layer deposition such as excellent controllability, whose capsule shell is metal oxide and interior filled with freely removable magnetic nanoparticles. To study the influence of the preparation parameters on the morphology and structure of the material. 2. To study the effect of magnetic field on its absorption properties. To study the changes in the absorption properties of the materials under different magnetic fields, and to clarify the tuning mechanism of the magnetic field on the absorption band of the material. The purpose of this study is to achieve the magnetic field response rules of magnetic nanocapsules and explore their absorbing properties, and provide new ways and research materials for the development of intelligent microwave absorbing materials.

隐身技术是影响武器装备战场生存能力的决定性技术。由于自身物理极限的限制，现阶段吸波材料大多只能吸收单一波段雷达波，在雷达探测手段复合化、超宽带化的形势下，无法满足对电磁波兼容吸收的战略需求，成为制约其发展应用的瓶颈问题。利用日益先进的材料制备技术，发展新型智能吸波材料，通过外界手段的激励和控制，实现材料对电磁波可调谐吸收，具有不可估量的军事应用价值。针对可调谐吸波材料的重大需求，本课题拟利用原子层沉积技术极佳的可控性等优势，设计一种波段可调谐的纳米胶囊型吸波材料，胶囊壳层为金属氧化物，内层填充可自由移动的磁性纳米颗粒，研究各制备参数对材料形貌、结构的影响。并进一步研究不同磁场下材料的吸收性能的变化，阐明磁场对材料吸收频段的调谐机理。通过研究，旨在实现磁性纳米胶囊结构以及探索其吸波性能的磁场响应规律，为智能吸波材料的发展提供新的途径和研究资料。

薄、轻、和强吸收是先进吸波材料的发展目标。多年来，研究人员一直致力于研究吸收机制，以获得性能更高的吸波材料。由于纳米材料的吸波性能和结构之间密切相关，因此发展新型结构材料，有望得到性能更加优异的吸波材料，并有利于更深入研究纳米材料吸波机制。项目通过在氧化锌纳米线上分子层沉积聚酰亚胺（PI）后，精准控制PI碳化温度，得到了ZnO@C管套线结构。本项目首次研究了管套线结构的吸波性能，并研究该结构的吸波机制，得到了性能优异的吸波材料。相关工作发表在Chemical Engineering Journal，382(2020)122860。. 另一方面，吸波机制多种多样，而且通常在吸波材料中都是兼容的。将某种吸波机制和其它机制分离，有利于深刻分析该吸波机制，并依此进一步对吸波材料的性能进行指导优化。因此，为了研究吸波结构内部空腔对吸波性能的影响，项目通过精准控制ZnO@PI的碳化温度，成功地获得了三种不同的结构（核壳、管套线和纳米管）。这三种结构有类似表面性质、尺寸和形状，但内部结构不同。通过吸波性能的比较，发现管套线结构的吸波性能优于核壳结构和纳米管结构，因为管套线结构不仅两种组分，而且具有类似纳米管的内腔，有利于电磁波的多重反射和散射机制。研究结果首次有力证明了电磁波在空腔内多重反射和散射机理，为新型高效吸波材料的研发提供了方向。相关工作发表在Carbon，173(2021)145-153。