有序填充结构陶瓷复合材料的制备及微波吸收性能研究

For SiC nanomaterials absorber, it is difficult to balance its big absorbing strength with wide absorbing width at microwave frequency and high-temperature. For this issue, ordered mesoporous inter-filled SiC/SiO2 nanocomposites with good high-temperature microwave absorption properties are prepared by nanocasting and cold-pressing, which employs ordered mesoporous silica SBA-15 as hard-template and microwave transparent matrix. Without losing the composites’ ordered inter-filled structure, the attenuation abilities of SiC absorber can be optimize via N or Fe doping. The synergy between the ordered inter-filled structure and the physical properties of N(Fe)-SiC will be investigated in detail, which can realize the big absorbing strength with wide absorbing width for as-prepared composites at high-frequency and high-temperature environments. To clarify their energy loss mechanisms, the influences of microstructures and morphologies of the composites on their dielectric performances will be studied as well. On this basis, we believe this project will open a new type microwave absorbing composites and have an important significance for enlarging the applications of SiC nanomaterials as microwave absorber at high-temperature.

针对SiC纳米吸波剂在微波频段高温环境中存在较大吸收强度和较宽吸收宽度难以兼顾的关键问题，本项目以有序介孔氧化硅SBA-15为硬模板和透波基体，通过纳米铸造和冷压成型制备获得具有优良高温吸波性能的有序介孔填充结构SiC/SiO2陶瓷复合材料。在保持复合材料有序介孔填充结构的前提下，通过 N、Fe掺杂优化SiC吸波剂的微波损耗能力。利用吸波体有序填充结构与吸波剂N(Fe)-SiC之间能量消耗的协同效应，实现其在高频、高温环境下同时具有较高吸收强度与吸收宽度的目标。研究纳米复合材料的组成、结构和形貌对其电磁参数的影响变化规律，进一步揭示纳米填充结构复合材料的电磁波损耗机理。本项目对发展新型高效陶瓷吸波复合材料和推动SiC纳米吸波剂在高温环境下微波吸收应用具有重要意义。

针对SiC纳米吸波剂在微波频段高温环境中存在较大吸收强度和较宽吸收宽度难以兼顾的关键问题。从吸波体微观结构和吸波剂优化改性两方面调控其微波吸收性能，开展了有序介孔填充结构陶瓷复合材料的研究工作。项目采用有序介孔氧化硅为硬模板和透波基体，获得了有序介孔填充结构SiC/SiO2复合材料，研究了复合材料的组成、结构和形貌对其电磁参数的影响变化规律。研究表明：通过聚合物转化获得SiC陶瓷，其物理化学性质与温度息息相关，进而影响了其微波吸收性能，而温度又直接影响SiC/SiO2复合材料的有序填充结构，为了平衡微观结构与SiC物理化学性质，通过添加二茂铁和乙二胺，优化了SiC吸波剂物理化学性质，结合有序填充结构与Fe(N)-SiC之间能量消耗的协同效应，实现了其在高频、高温环境下同时具有较高吸收强度与吸收宽度的研究目标。.填充结构复合材料的电磁波损耗机理是从以下三个方面进行分析：(1)复合材料微观结构。当电磁波进入有序介孔填充结构中，其被限制在复合材料内部，经过多重反射、多次散射后实现了能量消耗。（2）掺杂改性吸波剂。添加二茂铁降低了SiC的结晶温度，保护了复合材料的有序填充结构。添加乙二胺，促进形成结晶碳，有效提高了复合材料的导电损耗。（3）环境温度。根据Debye理论，揭示了导电损耗是复合材料其在微波频段中损耗提高的主要因素。此外，偶极子极化损耗、界面损耗对微波能量损耗也具有一定的贡献。（4）阻抗匹配和四分之一波长定律。遵循这两个定律，获得了优异的吸波性能。.综上所述，电磁波的消耗是基于有序填充结构和SiC本征物理化学性质两者的协同效应，优异的吸波性能也必须遵循阻抗匹配和四分之一波长定律。因此，本项目对发展新型高效陶瓷吸波复合材料和推动SiC纳米吸波剂在高温环境下微波吸收应用具有重要意义。