纳米碳包覆SiCnw核壳结构的构建及其高温吸波特性

For the key demand of the high temperature radar wave absorbing materials, it is proposed a new technology to prepare the SiCnw covered by the nano-carbon (SiCnw@Nano-carbon). The main purpose is to improve the wave absorbing properties at room and high temperature through controlling the composition and microstructure of the surface nano-carbon layer and interface layer. The effect of the raw materials and the gas enhanced heat-treatment technology on the microstructure of the nano-carbon shell layer and the interface layer was investigated. The influence among the process parameters, the B、N elements and the microstructure of the materials was studied. The effects mechanism of the above microstructure on the mechanical, electrical and microwave absorbing properties of the SiCnw@Nano-carbon was investigated. The aim is to clarify its lightweight radar absorbing properties, influencing factors and the physical nature of the SiCnw@Nano-carbon, to obtain the information about the application of radar absorbing materials, which will build the basis of theory and application of the composites with lightweight, high-strength, high toughness, and the excellent microwave absorbing properties at high temperature.

本项目针对高温雷达吸波材料的关键需求，提出了新颖的纳米碳包覆SiCnw核壳结构的构建方法，通过对表面层及界面层的成分及结构的调控来改进该材料室温及高温的吸波特性。研究原材料特性与气压辅助热处理工艺对纳米碳壳层及界面层组织及结构的影响，揭示工艺参数与材料结构之间的影响规律；研究表面层B、N等元素掺杂对表面壳层及界面过渡层的影响规律；研究上述结构对材料力学、电及电磁波（室温及高温）等性能的影响规律；目的是弄清纳米碳包覆SiCnw及其改性核壳纤维的轻质、高温吸波特性、影响因素及其物理本质，找到调控纳米碳包覆SiCnw核壳结构成分、微结构及性能的关键因素，获得该材料作为吸波隐身应用的有关信息，为推进开发轻质、高强韧、高温吸波、防热于一体的高温结构吸波材料奠定理论和应用基础。

本项目针对高温高性能雷达吸波材料的需求背景，提出对纳米碳、SiC吸波剂的成分、结构、界面及改性等结构进行设计的思路。发现了SiCnw@nano-C 非晶界面层的形成机制，SiCnw/石墨烯核壳结构的合成机理是石墨烯在碳化硅纳米线(111)晶面堆垛畸变处形核，形成石墨烯的(002)晶面。使用不同外来碳源包覆SiC纳米材料，发现了制备工艺与材料电磁参数、吸波性能的变化规律，揭示 SiC 纳米纤维包覆纳米碳壳层的结构、界面微观结构及成分对该材料高温吸波性能的影响规律及机理。在研究偶极子、电导与介电特性关系时，发现当碳材料为吸波的主体时，除电导和偶极子类型的影响外，还需要关注弛豫强度的影响。利用有限元仿真预测、公式推导和实验验证优化氮掺杂碳材料，结果表明：优化之后，氮掺杂碳材料不仅具有轻质的特性(密度为 4.34 mg cm−3 )，还具有宽频特性，有效吸波带宽约 8.32 GHz，基本覆盖 X 波段和 Ku 波段。本项目还同时对耐高温吸波基体材料进行了探索和研究。研究了磷酸二氢铝基体、含氢硅油（PHMS350）基体的制备及性能特性，为进一步开发高温吸波材料奠定基础。本项目共发表SCI检索论文48篇，申请国家发明专利13项，授权3项，获黑龙江省技术发明一等奖1项、二等奖2项，出版专著一部。项目培养博士生7人，已毕业4人。培养硕士生6人，已毕业4人。毕业生就职于高校、航天/国防/国家战略企业等，为我国航天强国、制造强国与科技强国贡献力量。