MIL-88A衍生碳基复合材料的电磁参数调控研究.pdf

摘要

随着社会的发展与进步，通信设备在人们的日常生活中也扮演着越来越重要

的角色，这种通信技术在给人们带来无穷便利的同时，也给人们带来了不可避免

的影响，即设备产生的电磁污染。在军事角度上，电磁污染会对航空航天、计算

机和雷达等精密仪器造成不可避免的影响，不仅影响了正常工作，而且可能造成

不可估量的危害。在人们的日常生活中，电磁波对人体健康也会造成一定危害，

如癌症等，所以人类迫切需要解决电磁波污染问题。因此，对吸波材料的研究已

成为当前社会的热点。然而，目前对它们的研究面临着许多挑战，如各波段的吸

收能力不足，对各波段的研究不够。更重要的是，目前制备的各种吸收剂都存在

一些缺点，包括厚度不合适、有效吸收带宽（EAB）窄以及实际应用价值低等。

因此，对微波吸收材料的研究提出了“厚度薄、重量轻、吸收强、宽EAB特性”

的要求。通过实现介电-磁协同损耗可以有效地实现材料内部的电磁协同效应，大

大提升复合材料的整体性能，可以更好的实现吸波材料的“薄、轻、宽和强”的

要求。

铁金属有机框架（MIL-88A）因其具备特殊的棒状结构、丰富的缺陷和质量

轻等优点，在吸波领域存在巨大的应用领域。但是单一的MIL-88A纳米材料由于

其损耗机制比较单一导致材料的阻抗失配，很难获得优异的吸波性能。除此外，

其自身的导电性较差也不能使其在吸波领域充分发挥自己优势。针对以上缺点，

本研究通过微观结构和组分上的设计，引入高介电材料、构筑异质界面和多重损

耗机制等方法，对其电磁参数进行调控，制备出一系列具有高吸波性能的MIL-

88A衍生的碳基复合材料，并阐明其具备的吸波机理，并通过雷达仿真软件

（CSTStudioSuite2020）对其吸波性能的雷达散射截面进行仿真研究，主要研究

结果如下:

（1）首先通过水热法制备了1D棒状结构的MIL-88A纳米材料，接着通过原

位自聚合法制备出了MIL-88A@PDA前驱体，将前驱体在氩气下碲化得到了

FeTe@NC复合吸波材料，材料在高温下依然保持完整的棒状结构，这得益于

2

PDA的保护作用。控制不同的碲化温度（550、600和650℃），获得的FeTe@NC

2

复合材料具有优异的吸波性能。当碲化温度达到600℃时，FeTe@NC复合材料

2

具备最佳的电磁波吸收性能，其最小反射损耗（RLmin）值在15.52GHz处达到-

26.20dB，厚度为1.62mm，其中有效吸收带宽（EAB）为4.96GHz（13.04-18.00

GHz）。由于FeTe@NC纳米复合材料的特殊棒状结构延长了电子的传输路径，为

2

电子的迁移和跳跃提供了有效路径，核壳结构的多层异质界面可以产生多界面极

化效应，促进了极化损耗。此外，NC包覆的FeTe2提供了高介电损耗，从而增强

电磁波吸收性能。最后，采用CST软件对复合材料进行雷达仿真模拟，与未涂覆

FeTe@NC复合材料的超薄矩形理想导体（PEC板）相比，仿真模拟图显示当碲

2

化温度达到600℃，即S-2拥有最佳的吸波性能，获得了18.69dBm2的RCS衰减

值。

（2）由于FeTe@NC复合材料吸收强度较低，有效吸收带宽较窄，为提高材

2

料的EMWA性能，在制备出MIL-88A@PDA前驱体基础上，引入了钼源合成了

MIL-88A/MoO/PDA前驱体，接着对前驱体进行高温碳化处理，得到了具有

3

0D/1D/2D分级纳米结构的FeC@NC@MoC/FeC复合材料。通过调控不同的碳

323

化温度，FeC@NC@MoC/FeC纳米复合材料的电磁波吸收性能呈现出先增后减

323

的趋势。当碳化温度为750℃，频率为