研究速覽

■?近日，系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術(shù)研究所肖紅課題組，在國(guó)際知名期刊Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上發(fā)表題為“Nanoarchitectonics of integrated impedance gradient MXene/PPy/polyester composite fabric for enhanced microwave absorption performances”的研究論文。該論文創(chuàng)新提出一體化阻抗?jié)u變吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過PET間隔織物為基體，MXene做導(dǎo)電填料，PPy做阻抗調(diào)節(jié)劑，在織物厚度方向上一次性形成有利于電磁波逐級(jí)吸收的阻抗?jié)u變結(jié)構(gòu)，并通過EDS,電磁參數(shù)的測(cè)試得以證實(shí)。

▉? 研究摘要? ▉

■?MXene因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，高電導(dǎo)率被認(rèn)為是一種具有良好的電磁屏蔽及吸波應(yīng)用前景的二維材料。但是對(duì)于MXene的高導(dǎo)電性易引起材料表面與自由空間的阻抗失配，引起電磁波的反射，造成二次電磁污染。常需要多重吸波劑的調(diào)控或多層結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)阻抗使電磁波吸收最大化。與傳統(tǒng)的多層阻抗?jié)u變材料不同，該工作以PET間隔織物為基體，MXene為導(dǎo)電填料，聚吡咯為阻抗調(diào)節(jié)劑，構(gòu)建了一體化阻抗?jié)u變復(fù)合織物(MP-IIGF)。阻抗?jié)u變結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料吸收體的協(xié)同設(shè)計(jì)不僅使材料能夠吸波，而且使復(fù)合材料具有隔熱帶來的紅外隱身潛力。MP-IIGF-2在8.04 GHz處的反射損耗為-27.96 dB，有效吸收帶寬覆蓋整個(gè)X波段。該工作實(shí)現(xiàn)了在織物厚度方向上的連續(xù)阻抗梯度分布，解決了傳統(tǒng)多層微波吸收材料層間存在空氣介質(zhì)、易分離、阻抗階躍等問題。

MXene是比石墨烯還火的二維明星材料，身為先進(jìn)的MXene制造商，北科納米推出特惠活動(dòng)，mxene等材料九折起，同時(shí)北科納米推出新介孔材料、硅氣凝膠產(chǎn)品，更多優(yōu)惠價(jià)格，等你來秒殺！

▉? 研究要點(diǎn)1? ▉

■?在氧化劑作用下，吡咯單體首先在織物的底層聚合，隨著單體的向上揮發(fā)，吡咯從織物的底層逐漸聚合到織物的頂部，導(dǎo)致PPy的濃度梯度分布。通過對(duì)間隔絲縱向上形貌觀察和能譜分析，可以看到PPy的含量從織物底部到頂部濃度遞減分布。并通過將織物不同面朝向電磁波入射端進(jìn)行測(cè)試，以及將織物從厚度方向上切片分層測(cè)試結(jié)果可以看到，MP-IIGF表現(xiàn)出明顯的各項(xiàng)異性。且靠近吡咯的底端的輸入阻抗更接近于空氣，阻抗匹配較好。

圖1. MP-IIGF厚度方向的不同放大倍率(a, b) SEM和EDS (c)

圖2. MP-IIGF的各向異性及阻抗?jié)u變測(cè)試. MP-IIGF厚度方向的不同放大倍率(a, b) SEM和EDS (c)

▉? 研究要點(diǎn)2? ▉

■?作者通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了相較于單一的MXene織物和PPy織物，MP-IIGF的吸波性能得到明顯的改善。克服了單一吸波劑損耗機(jī)制單一的限制。與傳統(tǒng)吸波材料相比，MP-IIGF不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁波吸收特性，還保持了織物原有的透氣、柔韌性，輕質(zhì)特性。

圖3. MP-IIGF實(shí)物圖及吸波性能對(duì)比

▉? 研究要點(diǎn)3? ▉

■?良好的隔熱性能是隱身材料的另一個(gè)重要特性，它可以消除紅外探測(cè)，減少目標(biāo)暴露。將MP-IIGF與PU海綿、棉絮片和滌綸間隔織物等商用隔熱材料進(jìn)行了比較。隨著溫度50 ℃,75 ℃,100 ℃的升高，MP-IIGF的溫度從35.2 ℃、40.3 ℃提高到55.7 ℃，大大低于熱臺(tái)溫度。另外，將MP-IIGF置于手掌和手指，MP-IIGF位置為紫色，與周圍環(huán)境顏色一致，由此可見，MP-IIGF具有優(yōu)良的隔熱性能不僅可以保護(hù)目標(biāo)免受高溫?fù)p傷，而且賦予材料紅外隱身功能。

圖 4. MP-IIGF在加熱臺(tái)及手部的熱紅外圖像分析

▉? 研究總結(jié)? ▉

■?作者創(chuàng)新性地提出并成功制備了一種一體化阻抗?jié)u變吸波織物。吡咯單體在織物厚度方向進(jìn)行濃度梯度聚合，使聚吡咯濃度自下而上降低，實(shí)現(xiàn)了阻抗連續(xù)漸變。一體化阻抗?jié)u變的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅改善了多層復(fù)合材料層間結(jié)合牢度差的問題，而且消除了空氣介質(zhì)的影響，減小了阻抗階躍過大的問題。MP-IIGF-2在8.04 GHz時(shí)的最小RL值為-27.96 dB，EAB覆蓋整個(gè)X波段。因此，一體化阻抗?jié)u變制備技術(shù)可以為輕質(zhì)、柔性、吸收強(qiáng)、吸波頻帶寬的吸波材料的提供設(shè)計(jì)思路。具有增強(qiáng)微波吸收特性的MP-IIGF不僅在武器裝備、電磁防護(hù)服等方面有很大的應(yīng)用價(jià)值，而且良好的隔熱性能使其同時(shí)實(shí)現(xiàn)紅外隱身成為可能。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107163