《功能隐身纳米碳基复合涂层》

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随着科学技术的飞速发展,功能单一的隐身涂层(材料)已很难满足“频带宽、质量轻、厚度薄、吸收强”的综合应用要求。为此,国内外纷纷研发复合体系的新型涂层材料,希望通过对不同功能特性和微观结构的材料进行复合,实现多功能涂层性能的理想调制。纳米结构碳基材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维、有序介孔碳等由于具有密度小、导热好、优异的电导率、化学稳定性高、机械性能强、高介电常数等优点,有望成为飞行器、船舶等大型军用设备的功能性表面防护涂层材料。

通过功能性设计和可控制备,探索隐身材料的结构、组分与功能性的关联是该领域研究的焦点。该项目在航空科学基金和国家自然科学基金的支持下,针对碳基隐身材料磁导率低、分散相差等缺点,导致碳基隐身涂层的电磁波吸收性能差、耐候性不理想问题,提出利用设计(合成方法、功能修饰、组分引入)手段,调控纳米碳基复合材料的组成和微观结构,对相应的构-效关系进行了深入研究,重要科学发现如下:

1.新型磁性石墨烯基隐身复合材料。提出磁性石墨烯吸波材料的概念,采用较为简便的化学合成法在石墨烯表面复合磁性纳米颗粒,解决了单一石墨烯涂层无磁损耗的难题,并建立了一套可以规模化制备磁性石墨烯基复合材料的新方法。利用电损耗的石墨烯材料与磁损耗的金属、金属氧化物粒子的复合拓展了吸波频段,为轻质高效吸波剂研究提供新的思路。

2.新型磁性有序介孔碳基隐身复合材料。提出嵌入气腔达到空间限域捕捉电磁波的概念,同时利用有序介孔碳的限域作用将金属粒子分散于碳骨架中,阻止了粒子的聚集,这种结构及其复合组分增强了介孔碳基涂层的磁损耗,表现出多频段吸收特性。上述成果形成了材料结构设计与功能化新方法,为多频段电磁波隐身提供了重要的参考。

3.新型电磁波/红外兼容隐身多孔碳基复合材料。综合运用嵌入气腔法和分块设计法,制备具有有序介孔结构的碳/金属氧化物复合材料,用这种复合材料的丰富的多孔结构和阻抗匹配能力有效衰减电磁波,同时通过成分调整,使得这种复合材料在8~14μm波段具有较低的红外发射率,实现微区功能化隐身。

上述成果对电磁波/红外兼容隐身的设计与调控具有科学指导意义。

该成果8篇代表作均发表在材料化学领域老牌期刊上,包括J. Mater. Chem. C、J. Phys. Chem. C、Micropor. Mesopor. Mater.等著名期刊。8篇代表作共被国内外研究人员SCI他引596次,单篇最高他引232次,其中ESI高被引论文1篇(代表作1),另外代表作3也曾入选ESI高被引论文;他引论文包括Angew. Chem. Int. Edit.、Mat. Sci. Eng. R、Nano Today、ACS Nano、J. Mater.s Chem. A/C、Chem. Commun.、ACS Appl. Mater. Inter.、Nanoscale、Nano Research、Carbon等材料化学类著名期刊。

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