日本欧美一区二区三区在线播放_在线观看精品国产福利片87_国产91在线久草热视频_亚洲免费中文不卡高清有码

吸波材料可通過(guò)吸收輻射到材料表面的電磁波,降低目標的電磁特征信號,從而提升武器裝備的戰場(chǎng)生存能力,是目前軍事裝備技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向。然而,現有吸波材料大多屬于“被動(dòng)式”,即材料被制備出來(lái)后,其工作頻段、吸收帶寬等各種參數均隨之固定。而戰場(chǎng)環(huán)境和武器裝備的使用場(chǎng)景是復雜多變的,僅僅依靠一成不變的“被動(dòng)式”吸波材料難以實(shí)現重要的戰略/戰術(shù)目標。相比之下,具有隱身性能動(dòng)態(tài)可控,吸波/透波效果可隨使用場(chǎng)景智能變化的主動(dòng)吸波材料,越來(lái)越顯示出應用價(jià)值,也是未來(lái)隱身材料領(lǐng)域的發(fā)展前沿。

南開(kāi)大學(xué)黃毅教授團隊長(cháng)期致力于新型電磁功能材料的研究,于2015年率先發(fā)展了基于三維石墨烯的寬頻雷達隱身材料,實(shí)現了吸波強度和有效吸波頻段智能可調(Adv. Mater., 2015, 27, 2049);2018年首次報導了石墨烯復合材料的高效、超寬頻太赫茲吸波性能(Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704363);2022年突破了新型二維磁性材料Fe 3GeTe 2的宏量制備方法,并率先獲得了對微波/太赫茲的高效吸收/屏蔽,實(shí)現了寬帶雷達散射截面的有效縮減(ACS Nano,2022,16, 7861)。

南開(kāi)大學(xué)黃毅教授《AFM》:智能開(kāi)關(guān)可切換吸波材料

日前,南開(kāi)大學(xué)黃毅教授團隊發(fā)展了一種基于石墨烯/二氧化釩復合氣凝膠的智能吸波材料。在升溫過(guò)程中(30℃到120℃),二氧化釩(VO2)展現出獨特的相變行為(單斜相到金紅石相),同時(shí)也為復合氣凝膠帶來(lái)導電率/電磁參數的巨大變化,最終賦予了其吸波性能隨溫度變化的“開(kāi)啟/關(guān)閉”智能切換效果。值得注意的是,在“開(kāi)啟/關(guān)閉”過(guò)程中,復合氣凝膠的有效吸收帶寬和反射損耗值的最大變化(ΔEAB和ΔRL)高達7.27GHz和49dB,遠遠超過(guò)傳統吸波材料。相關(guān)研究以題為“Intelligent Off/On Switchable Microwave Absorption Performance of Reduced Graphene Oxide/VO 2 Composite Aerogel”的論文發(fā)表在Advanced Functional Materials。

圖1. 石墨烯/VO2復合氣凝膠的制備示意圖
圖1. 石墨烯/VO2復合氣凝膠的制備示意圖

研究者首先將VO 2進(jìn)行氨基化修飾,然后與GO溶液混合,通過(guò)溶劑熱反應制備了復合氣凝膠,其中VO 2 納米顆粒以共價(jià)鍵形式“鉚釘”在了石墨烯片表面。通過(guò)原位升溫XRD和DSC等表征技術(shù),證實(shí)了VO 2在氣凝膠內部仍然可以發(fā)生單斜相到金紅石相的相變行為,相變溫度為67.8℃。

圖2. 復合氣凝膠的原位XRD和DSC表征
圖2. 復合氣凝膠的原位XRD和DSC表征
圖3. G/VA-300(300℃退火)的電磁參數隨溫度變化
圖3. G/VA-300(300℃退火)的電磁參數隨溫度變化

這種變化的電磁參數也帶來(lái)了吸波性能的變化。其中,當氣凝膠厚度在4.3mm和5mm時(shí),其在30℃的EAB分別為6.08GHz和5.12GHz,而在120℃的EAB均降至0GHz,從而實(shí)現了吸波性能的“開(kāi)啟”(30℃)到“關(guān)閉”(120℃)狀態(tài)變化。另外,當材料厚度為2.82mm時(shí),其最低RL值也由-61.9dB(30℃)提升到-12.9dB(120℃),兩者相差高達49dB。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現,這種“開(kāi)啟”到“關(guān)閉”的狀態(tài)變化來(lái)源于升溫過(guò)程中材料阻抗匹配性質(zhì)的弱化。

圖4. G/VA-300(300℃退火)的吸波性能隨溫度變化
圖4. G/VA-300(300℃退火)的吸波性能隨溫度變化

除了升溫過(guò)程中“開(kāi)啟”到“關(guān)閉”的狀態(tài)變化,研究者還發(fā)現未進(jìn)行退火處理的復合氣凝膠在升溫過(guò)程中可發(fā)生“關(guān)閉”到“開(kāi)啟”的吸波性能變化。由于其在室溫環(huán)境中(30℃)導電性較弱,電磁參數較低,因此其對電磁波的損耗性質(zhì)不足,在3mm和4mm時(shí)的EAB為0GHz。而得益于升溫過(guò)程中VO2的相變行為,電磁參數逐漸提高,對電磁波的損耗性質(zhì)也逐漸增加,在120℃時(shí)的EAB分別達到4.52GHz和7.27GHz,最終實(shí)現了升溫過(guò)程中“關(guān)閉”到“開(kāi)啟”的吸波狀態(tài)變化。當厚度為5.8mm時(shí),其在30℃/120℃時(shí)的RL變化高達37dB。

圖5. G/VA-300(未退火處理)的吸波性能隨溫度變化
圖5. G/VA-300(未退火處理)的吸波性能隨溫度變化

此外,研究者還基于F16戰斗機的模型進(jìn)行了RCS模擬,進(jìn)一步證實(shí)了該氣凝膠在不同溫度環(huán)境下的智能隱身特性。

圖6 基于某戰斗機的RCS模擬
圖6 基于某戰斗機的RCS模擬

小結:研究者基于VO2在升溫過(guò)程中的相變行為,提出了一種智能開(kāi)關(guān)可切換吸波材料的制備方法。相關(guān)研究可為智能電磁器件、下一代吸波/屏蔽材料的發(fā)展提供新的思路。

作者簡(jiǎn)介:

黃毅,南開(kāi)大學(xué)材料學(xué)院教授,副院長(cháng)。先后承擔了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、973、863、國際合作、和國防重點(diǎn)項目等20余項課題。在新型低維納米材料的合成、電磁性質(zhì)調控、高性能吸波/屏蔽材料等方面取得了系列創(chuàng )新成果,并拓展了其在電子信息、航空航天及國防等領(lǐng)域的應用。近年來(lái),在Nat. Photonics, Adv. Mater., Nat. Commun., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等刊物發(fā)表論文150余篇,先后有22篇文章入選ESI高被引論文,共被引用23000余次,H因子55,入選科睿唯安 “全球高被引科學(xué)家”及愛(ài)思唯爾“中國高被引學(xué)者”。2018年獲國家自然科學(xué)二等獎(R3),獲得天津市自然科學(xué)一等獎兩項(2015,2010)和二等獎一項(2021)。

相關(guān)新聞

微信
微信
電話(huà) QQ
返回頂部