【摘 要】
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电子仪器等设备产生的电磁波对周围环境产生严重的干扰。现有电磁屏蔽材料以反射机制为主,造成二次反射,开发以吸收机制为主的吸波材料迫在眉睫。石墨烯是一种良好的吸波材料,但传统的单层石墨烯吸波材料制备工艺繁琐,成本高,且电导率过高,强吸收和阻抗匹配相互矛盾,吸收频带窄以及多层石墨烯复合材料结构设计制造困难等问题,提出了一种低反射宽频带的多层吸波材料制造新方法。本文在前期研究基础上,首先采用挤出成型工艺制
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电子仪器等设备产生的电磁波对周围环境产生严重的干扰。现有电磁屏蔽材料以反射机制为主,造成二次反射,开发以吸收机制为主的吸波材料迫在眉睫。石墨烯是一种良好的吸波材料,但传统的单层石墨烯吸波材料制备工艺繁琐,成本高,且电导率过高,强吸收和阻抗匹配相互矛盾,吸收频带窄以及多层石墨烯复合材料结构设计制造困难等问题,提出了一种低反射宽频带的多层吸波材料制造新方法。本文在前期研究基础上,首先采用挤出成型工艺制备了石墨烯/PLA复合线材,其次利用FDM技术可制造任意复杂结构的优势快速制备了石墨烯/PLA复合成型件,为提升吸波性能和调控吸收频带,设计制造了层状结构成型件,对比研究了三明治型和叠层型两种复合件吸波性能变化规律,研究所得的基本结论如下:采用挤出成型工艺制备了石墨烯/PLA复合线材,研究了不同工艺参数(模口温度、螺杆转速等)下导电性能的变化规律;在此基础上,研究了石墨烯含量对综合性能的影响。研究结果表明:复合线材电导率随着模口温度和螺杆转速的增加先上升后下降,当模口温度为125℃,螺杆转速为14r/min时最佳为1.29×10-2S/cm。当石墨烯含量为9wt%时,电导率2.7×10-2S/cm,断裂伸长率5.3%,石墨烯含量为6wt%时,拉伸强度为28.07MPa,满足了FDM打印实验基本要求。利用FDM熔融沉积成型技术快速制备了石墨烯/PLA复合件,研究了其导电机理,分析了不同石墨烯含量下的导电性能和吸波性能。研究结果表明:低含量石墨烯时,复合件中的电子只在单个粒子内部迁移,难以形成有效的导电网络,导电性能很差,达到阈值时,电子的运动方式为迁移和粒子间的跃迁,形成了部分导电网络结构,极化驰豫为石墨烯/PLA复合件的主要损耗机制,可用科尔半圆表达;高含量时,导电网络结构由二维逐渐发展为三维,极大提高了电导率,极化驰豫和电导损耗共同作用。随着石墨烯含量的增加,石墨烯/PLA复合件低高频段反射损耗RL差值减小,波峰向左移动。石墨烯含量为8wt%、9wt%时,出现了两个科尔半圆,吸收波峰分别为-9.6d B、-8.2d B,电导率过高,不利于阻抗匹配。对比研究了三明治和叠层型两种层状复合件吸波性能随石墨烯含量的变化规律。研究结果表明:两种结构的复合件吸收峰值分别为-10.5d B、-11.9d B,均高于单层石墨烯/PLA复合件(-9.6d B),提高了吸波性能。吸收频带分别为0.35GHz(12.4~12.75GHz)和3.5GHz(11.35~14.85GHz),叠层型结构频带比三明治增加了3.15GHz,说明叠层型结构的吸波性能要优于三明治结构,拓宽了频带。综上所述,石墨烯/PLA复合线材满足了FDM打印实验基本要求,FDM复合成型件具有一定的吸波特性,叠层型结构有效地提升了吸波性能,拓宽了吸收频带,为FDM技术的发展及产品器件化奠定了基础。
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