Angesichts der rasanten Entwicklung der elektronischen Informationstechnologie spielen Materialien zur Absorption elektromagnetischer Wellen eine entscheidende Rolle in militärischen Anwendungen, beispielsweise beim elektromagnetischen Schutz und bei Tarnvorrichtungen, sowie in der Rüstungsindustrie.
Da aktuelle elektromagnetische Absorptionsmaterialien, ob für militärische Tarnungszwecke oder für zivile elektronische Zwecke, jedoch häufig im Freien eingesetzt werden, wirken sich unkontrollierbare Faktoren wie geografische Lage und Wetterbedingungen negativ auf die Stabilität elektromagnetischer Reaktionen aus. Die Erforschung elektromagnetischer Absorptionsmaterialien, die eine hervorragende Mikrowellenabsorptionsleistung mit Umweltstabilität kombinieren, ist daher für praktische Anwendungen von entscheidender Bedeutung.
Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Kohlenstoff und Siliziumkarbid in einigen extremen Umgebungen eine stabile Wellenabsorptionsleistung aufweisen. Beide Materialien weisen jedoch erhebliche Mängel in Bezug auf Absorptionsintensität und Bandbreite auf.
Obwohl sich durch einfache Verbundwerkstoffe eine gewisse Verbesserung der Mikrowellenabsorptionsleistung im Vergleich zu Einkomponentenmaterialien erzielen lässt, wird damit der aktuelle Bedarf an Hochleistungsabsorptionsmaterialien noch immer nicht gedeckt. Daher ist die eingehende Entwicklung von Kohlenstoff-/Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffen für den elektromagnetischen Schutz von großer Bedeutung.
Um dieses Problem zu lösen, konstruierte das Team um Yun-Chen Du vom Harbin Institute of Technology zusammengesetzte Mikrokugeln mit einer Kern-Schale-Struktur, wobei Mikrokugeln aus Phenolharz und Kieselsäure als Kern- bzw. Schalenschichten verwendet wurden. Während des Hochtemperaturpyrolyseprozesses kam es aufgrund von Grenzflächenreaktionen zur spontanen Bildung einer Hohlstruktur, die nicht nur die Anforderungen an das geringe Gewicht erfüllt, sondern auch die Dämpfungsfähigkeit einfallender elektromagnetischer Wellen deutlich verbessert.
Das Papier ist veröffentlicht im Journal Nano-Mikro-Buchstaben.
Durch die Kontrolle der Dicke der Silica-Hüllenschicht gelang es Dus Team, die Zusammensetzung der hohlen Siliziumkarbid/Kohlenstoff-(SiC/C)-Verbundmikrokugeln zu regulieren und so die elektromagnetischen Eigenschaften des Verbundmaterials zu steuern. Die Forschungsergebnisse von Dus Team zeigen, dass SiC/C-Verbundmaterialien unter dem synergetischen Effekt von Zusammensetzung und Struktur eine hervorragende Wellenabsorptionsleistung aufweisen, wobei der stärkste Reflexionsverlust und die größte effektive Absorptionsbandbreite -60,8 dB bzw. 5,1 GHz erreichen. Diese Ergebnisse übertreffen die der meisten bisher gemeldeten SiC/C-Verbundmaterialien.
Darüber hinaus bestätigte Du durch Radarquerschnitt-Simulationsdaten auch die hervorragende Radar-Tarnleistung von SiC/C-Verbundwerkstoffen. Die Behandlung des Verbundwerkstoffs bei unterschiedlichen Temperaturen und in sauren oder alkalischen Umgebungen führte zu keinen signifikanten Änderungen seiner Wellenabsorptionsleistung.
Die Werte für die effektive Absorptionsbandbreite und die Reflexionsverlustintensität blieben nach der Behandlung stabil, was auf vielversprechende praktische Anwendungsaussichten der hohlen SiC/C-Mikrokugeln in verschiedenen rauen natürlichen Umgebungen hinweist.
Mehr Informationen:
Lixue Gai et al., Zusammensetzung und Hohlkonstruktion von Siliziumkarbid/Kohlenstoff-Mikrokugeln als Hochleistungs-Mikrowellenabsorptionsmaterialien mit guter Umweltverträglichkeit, Nano-Mikro-Buchstaben (2024). DOI: 10.1007/s40820-024-01369-6
Zur Verfügung gestellt vom Shanghai Jiao Tong University Journal Center