导电高分子增强泡沫玻璃复合材料吸波性能研究

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本文利用两种不同原料制备泡沫玻璃,探究了玻璃原料,发泡剂含量,添加剂比例对泡沫玻璃体积密度,抗压强度,吸水率,电磁参数和反射损耗的影响。通过原位聚合和乳液聚合的方式得到了聚苯胺(PANI)/泡沫玻璃复合材料和PANI包覆碳化硅(SiC)/泡沫玻璃复合材料,通过X射线衍射仪(XRD),红外光谱(FT-IR),扫描电子显微镜(SEM)表征了PANI和PANI包覆SiC与泡沫玻璃的复合。用矢量网格分析仪测试了复合材料在X波段(8.2 GHz-12.4 GHz)的电磁参数,并通过软件模拟得到了不同厚度的复合材料的反射损耗。以硼玻璃粉为原料制备的泡沫玻璃在气孔结构,抗压强度和反射损耗这些性能方面优于以SiO2-Al2O3-B2O3为原料制备的泡沫玻璃。由于添加剂三氧化二铁的存在,硼玻璃粉制备的泡沫玻璃体积密度相对较大,在0.5-0.85 g/cm3之间,但符合现代吸波材料轻质的要求。吸水率较小,在2.7%-4.1%之间,较低的吸水率有利于材料的使用稳定性。硼玻璃粉制备的泡沫玻璃反射损耗在-0.30 d B到-1.41 d B之间,SiO2-Al2O3-B2O3制备的泡沫玻璃反射损耗在-0.14 d B到-0.24 d B之间,因此我们以硼玻璃粉制备的泡沫玻璃为复合材料的基体。原位聚合PANI/泡沫玻璃复合材料的介电常数虚部ε″在0.79-0.86,当材料的厚度为8 mm时,反射损耗在-6.6 d B到-7.9 d B之间。乳液聚合PANI/泡沫玻璃复合材料的ε″在1.04-1.11之间,厚度为8 mm时,反射损耗为-7.5 d B到-8.5 d B。聚苯胺复合泡沫玻璃后提高了材料的电导率和电损耗能力,进而提高吸波性能。而乳液聚合的产物因为粒径更小,对泡沫玻璃吸波性能的提升更大。原位聚合PANI包覆SiC/泡沫玻璃复合材料的ε″在1.94-2.01之间,厚度为8 mm时,有效带宽(反射损耗<-10 d B)为2GHz(8.2 GHz-10.2 GHz),最小反射损耗为-12.56 d B(频率为8.52 GHz时)。乳液聚合PANI包覆SiC/泡沫玻璃复合材料的ε″在2.21-2.46之间,厚度为8 mm时,有效带宽为2.2 GHz(8.2 GHz-10.4 GHz),最小反射损耗为-13.38 d B(频率为8.45 GHz时)。SiC的吸波特性以及SiC和PANI之间的界面损耗使泡沫玻璃的吸波性能进一步提升。
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