耐高温SiC/Co@SiO2一维纳米复合材料的可控制备及其雷达微波吸收机制研究

本项目针对高马赫数飞行速度飞行器对雷达微波吸收材料的要求向宽频高吸收、耐高温方向发展的特点，结合β-SiC高频吸波性能、Co高居里温度和中低频吸波性能以及SiO2材料的优异透波性能和高温稳定性，设计和制备新型耐高温SiC/Co@SiO2一维纳米功能复合吸波材料；系统研究各组元行核和生长过程中的演化规律，阐明多组元纳米复合材料的物相、结构和形貌的可控生长机制；分析室温下各组装阶段组装体微观结构与雷达微波吸收性能，阐明纳米构筑单元间的内在联系、构效关系以及耦合效应对吸波性能的影响规律，揭示SiC/Co@SiO2纳米复合材料常温吸波机制；在此基础上，详细考察SiC/Co@SiO2纳米复合材料的电磁学特性与雷达微波吸收性能随温度的变化规律，阐明SiC/Co@SiO2纳米复合材料的高温吸波机制，为隐身武器装备用耐高温吸波材料的研制和应用奠定基础。

本项目从多组元纳米功能复合材料的制备入手，实现了多组元SiC/Co@SiO2纳米复合材料的可控制备，明确了不同组装阶段的一维纳米复合材料组成、微观形貌和电子结构改变对电学、磁学及雷达微波吸收特性的影响规律，揭示了SiC、SiC/Co和SiC/Co@SiO2一维纳米功能复合材料雷达微波吸收性能随微观结构变化的微观本质。研究发现如下：.（1）SiC纳米线中的介电共振峰与其晶格内部的堆垛层错紧密相关，当晶格内部为单一模式的层错时，SiC会出现介电共振峰；如果在晶格内部出现两种模式的层错时，介电共振峰会明显减弱或消失。.（2）SiC的吸波性能取决于晶格内部的堆垛层错和C未占据轨道能量状态。晶格内部的堆垛层错增大，会使得内部发生大量的Si和C原子错排，产生Si-Si、C-C和C=C键，这些错排使得SiC中的C未占据轨道能量增加，最终使SiC具有了高的电磁波吸收性能。.（3）采用化学镀可以使Co与SiC共价结合形成SiC/Co复合纳米线，两者结合键为Si-O-Co键。因为两者共价结合，使得电子在SiC和Co之间发生了重新排布，改变了材料的介电常数和磁导率，在电磁波辐照下，具有了耦合增效作用，体现出了明显高于两者物理混合态的吸波性能。.（4）在SiC/Co异质纳米线表面包覆SiO2后大大改善了材料的高温稳定性；并且SiO2的包覆改善了吸波材料与空气的阻抗匹配和增加了界面极化，进一步提高了材料的电磁波吸收性能。. 这些研究明确了SiC材料的介电谐振行为，揭示了介电-磁性异质复合材料耦合增效电磁波吸收的内在本质，对于新型高效电磁波吸收材料的设计和开发具有借鉴意义。项目执行阶段，在Nanoscale、J Mater Chem A、J Phys Chem C等SCI期刊上发表学术论文9篇，影响因子总和为51.4，其中2篇文章被选为封面，获得授权专利1项，在国际学术会议上作分会场报告3次，获得了黑龙江省科学技术奖一等奖1项。