纳米空壳复合涂层的结构特性和吸波机理研究

纳米空壳复合涂层是指将具有空心结构和纳米尺度壁厚的空壳粒子作为功能体，再与聚合物复合形成的一类纳米复合涂层。与传统的实心粒子/纤维复合涂层相比，这类复合涂层因特殊的结构特性而展现出独特的吸波性能和纳米效应，对可见光、红外、激光及微波等多波段的吸收强度更高、吸收频带更宽，重量也更轻，但其在吸波机理方面的研究还很少。本项目将采用实验和理论分析相结合的方法，研究纳米空壳粒子的工艺参数和微观结构的作用关系；探讨不同类型纳米空壳粒子与水性/油性聚合物的界面作用和分散机理；研究纳米空壳粒子种类、形状、尺寸、壁厚、含量、聚合物类型、涂层厚度等各因素对复合涂层吸波性能的影响规律；分析复合涂层吸波过程中电磁损耗、谐振损耗、散射损耗、电子跃迁等对吸波强度和吸收频带的作用机理；建立消光计算模型，研究纳米空壳复合涂层的吸波机理，为新型纳米空壳复合涂层的结构设计和吸波性能研究提供理论依据和分析方法。

针对纳米空壳材料特殊的微观结构和光电干扰特性，研究基于纳米空壳材料复合涂层的吸波性能和作用机理，具有重要的理论价值和工程应用意义。本项目实现了对纳米空壳材料结构参数的调控，解决了在聚合物体系中的两相稳定分散问题，建立了复合涂层遮蔽干扰性能和辐射特性的测试评价方法，揭示了材料光学特性和空壳结构对涂层吸波特性的影响机理，并在光电干扰武器装备和伪装材料等方面得到了推广应用，为进一步拓展其应用空间提供了重要的理论和技术支撑。.项目严格按照预期目标和研究计划开展研究工作，设计多种合成方法实现了对纳米空壳材料配方、形状、尺寸和壁厚的调控，优化后气溶胶对红外和激光遮蔽率最高达100%，遮蔽85%以上可持续30min。在此基础上，开展纳米空壳材料在气溶胶、溶剂、水性聚合物和油性聚合物中的分散性能研究，重点研究了在聚氨酯和四氟树脂中的分散性能和界面行为，以超声分散法获得到了均匀稳定的复合体系，颗粒分散尺寸小于10μm。完成了复合涂层对红外、激光、毫米波吸收干扰性能测试，提出并建立了全视场和非全视场条件下红外辐射性能的测试方法，计算得到了复合涂层的红外发射率为0.95左右。自主设计椭偏法测试材料复折射率，调控空心率等结构参数，借助CST软件开展消光模拟计算，从材料光学常数、空心结构和模拟计算三方面揭示了样品的吸波机理，认为该材料因半导体的电子跃迁吸能损耗、微米级尺寸的半波损失和纳米级壁厚的大比表面积是影响材料的吸波性能的最主要因素，为开展理论和应用研究奠定了基础。.本项目因研究成果突出，目前已开展了一部分的推广应用工作，包括其气溶胶在光电干扰装备上已得到初步应用，其复合涂层在伪装领域正在进行开发应用工作，并成功完成了纳米空壳材料中试量产和工艺优化，日产量达30kg以上，保证了应用研究的顺利进行。项目共发表学术论文9篇，其中SCI论文1篇，EI论文8篇，申请国防发明专利3项，比较圆满地完成了预期目标。