多层阻抗渐变铁氧体/聚苯胺复合材料的等效电磁参数与吸波性能优化

Multi-layer absorber materials with impedance gradation property show a promising application prospect in military and civil fields, due to their broad absorbing frequency bandwidth and great absorbing capability. With the increase of layers, the advantage of the design of impedance gradation is more obvious. However, as the absorber layer increases, the difficulty of synthesis process also increases, meanwhile the difference between interlayer impedances decreases. The control of electromagnetic parameters at various layers should be more precise. In this regard, based on the concept of 3D printing layer-by-layer, this project apply the improved multi-component 3D printing method and accurately control the ratio of each component by controlling the feeding speed. Such process overcomes the difficulty of the preparation of Multi-layer impedance gradation absorbers. Specific work is as followed: we study the Interface bonding behavior between ferrite/PVC and PANI/PVC, research the influence of interface on electromagnetic property, investigate the change rule of the equivalent resistance of ferrite, PANI and PVC with the changing of content and ratio according to the experiment result, and build the calculating model of the equivalent electromagnetic parameters; we study the influence of the middle layer on electromagnetic parameters under fused deposition molding process, investigate the combination law of matching layer, impedance transition layer and absorbing layer at 6-10 layers, build the relation model of component, structure and microwave absorption property under fused deposition molding process.

多层阻抗渐变的吸波材料具有吸波频带宽、吸收强度高的优点，在军事和民用领域均有着重要的应用前景。层数越多阻抗渐变设计的优势越明显，但随着层数的增加成型难度迅速增加同时层间阻抗差异减小，各层电磁参数的控制需要更加精确。为此，本课题基于3D打印逐层制备的基本理念，采用改进的多组分3D打印的方法，通过控制各组分的送料速度实现各层成分配比的精确控制，突破多层阻抗渐变吸波材料制备的工艺瓶颈。具体研究包括，研究铁氧体/聚氯乙烯、聚苯胺/聚氯乙烯之间的界面结合行为，探讨界面对电磁性能影响，以实验结果为基础，研究铁氧体、聚苯胺、聚氯乙烯三组分体系等效电磁参数随含量和配比变化规律，建立等效电磁参数计算模型；研究熔融沉积成型工艺条件下中间层对复合材料电磁性能的影响规律，探索6-10层条件下优化的匹配层、阻抗过渡层、吸收层组合规律，建立适用于熔融沉积成型工艺的成分、结构→吸波性能的关系模型。

吸波材料作为隐身技术的一个重要组成部分，仍是军事科技领域重要的课题。在日常生活领域，随着信息时代的到来电子设备广泛渗透到生产、生活的方方面面，研究和发展高性能吸波材料在军事和民用领域有着双重重要意义。由于多层阻抗渐变的吸波材料具有吸波频带宽、吸收强度高的优点，本课题基于3D打印逐层制备的基本理念，采用改进的多组分3D打印的方法，精准控制各层成分配比，突破多层阻抗渐变吸波材料制备的工艺瓶颈，并提出新型等效电磁参数理论模型以及开发人工智能运算方法应用于吸波性能运算。.在三组分体系等效电磁参数方面，本项目研究了基于热熔挤出技术和3D打印技术的CB/PP、CI/PP和CB/CI/PP吸波复合材料的制备技术、界面结合行为和电磁性能，并依此构建新型等效电磁参数计算模型，计算模拟结果与实验结果契合度良好。.在阻抗渐变结构对吸波性能的影响方面，本项目研究了基于3D打印技术的单层和双层石墨烯/CIP/PMMA吸波材料的制备技术和电磁性能；通过数值模拟优化双层吸波材料，将实验结果与模拟数值对比，探讨不同层对合材料吸波性能的贡献；采用多层阻抗匹配结构设计，通过人工智能神经网络算法，获得多层阻抗渐变的宽带吸波材料，建立了适用于3D打印成型工艺的成分、结构→吸波性能的关系模型。