Research progress of SiC composite microwave absorbing materials
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摘要:目的 吸波材料作为防雷达探测、电磁干扰和电磁污染的有效屏障得到了快速的发展。SiC是一种应用广泛的吸波材料，其具有一定的介电性能和出众的稳定性、耐腐蚀性，但也存在阻抗匹配不佳等缺点。构建SiC基复合吸波材料是提高其吸波性能的重要方法。本文综述了SiC的吸波性能和SiC基复合吸波材料的研究进展，并展望了SiC基复合吸波材料的发展方向。方法 对SiC及其复合吸波材料的制备与性能进行归纳总结：(1)SiC的吸波性能和提高吸波性能的方法。SiC吸波材料主要依赖于介电损耗，内部缺陷、界面和表面、厚度和温度等因素会影响SiC的吸波性能。为克服SiC材料阻抗匹配不佳、损耗机制单一等不足，常用的方法有：掺杂改性和制备SiC复合材料。(2)SiC复合材料的制备策略：零维SiC纳米颗粒、一维SiC纳米线、三维结构SiC材料分别与导电材料、介电材料和磁性材料相复合，以提高SiC基材料的介电性能、丰富吸收机制、优化阻抗匹配，进而提高吸波性能。结果 SiC的吸波性能主要来自于介电弛豫损耗，并受到内部缺陷、界面和表面、厚度和温度的影响：SiC内部缺陷作为极化中心引起极化弛豫，提高介电常数；SiC的比表面积增大，会增加偶极极化和界面极化，促进多次反射；吸收体厚度为1/4波长的奇数倍时会产生干涉而衰减电磁波；温度的升高会降低SiC电阻率，进而提高其对电磁波吸收率。为提高SiC的吸波性能，可采用掺杂改性和制备SiC复合材料的方法 对SiC的掺杂改性可以调控载流子浓度、提高介电性能；SiC复合吸波材料可以调节电磁参数、优化阻抗匹配、丰富损耗机制，提高吸收强度。不同维度的SiC用于吸波材料的优势有：SiC纳米颗粒抗氧化性能更好，更耐高温，纳米颗粒有效改善了SiC的电磁特性且制备方法较为成熟；SiC纳米线具有一维结构，比表面积较大，易于形成三维导电网络，具有较高的介电性能；三维SiC材料可通过不同的实验方法制备，多孔网络结构对电磁波产生反射、散射、干涉作用引起衰减。按照损耗类型分类，SiC复合材料主要分为三类：SiC与导电材料复合、SiC与介电材料复合、SiC与磁性材料复合。①导电材料以碳材料为代表，具有导电性高、密度小、稳定性好、易于调控的优势。导电材料与SiC相复合，促进了异质界面的形成，引入了导电路径，可以丰富损耗机制，优化阻抗匹配。②介电材料包括各种陶瓷材料，大多具有较高的力学性能和耐腐蚀性能。介电材料与SiC相复合，可以调控材料的介电性能，进一步提高介电损耗，并有在高温下服役的潜力。③磁性材料包括金属微粉和金属氧化物等，通过涡流损耗和自然共振等方式进行磁损耗，有些磁性材料也同时具备介电损耗，具有很高的吸波特性。磁性材料与SiC相复合，可以丰富损耗机制，提高吸波性能。结论 本文综述了SiC复合吸波材料的最新研究进展：介绍了SiC的结构、吸波机理和影响因素，并根据SiC材料维度和损耗机理对复合材料进行分类总结和分析。最后对SiC基复合吸波材料的发展前景进行了展望，这为SiC基复合吸波材料的研究提供参考。Abstract: In order to prevent the increasingly serious electromagnetic interference problem, the research and development of microwave absorbing materials has attracted more and more attention. As a microwave absorbing material with excellent dielectric properties, SiC also has the advantages of excellent stability, high strength and corrosion resistance. But it also has the disadvantages of poor impedance matching and single microwave absorbing mechanism. Compounding SiC with other materials is an important means to further improve the microwave absorbing properties of SiC materials. The structure, microwave absorbing mechanism and influencing factors of SiC were briefly introduced in the paper. Then the microwave absorbing properties of SiC composites with different dimensions were summarized in detail, including SiC nanoparticles, SiC nanowires, three-dimensional SiC materials with different kinds of materials such as metallic materials, carbon materials, ceramic materials, and polymer materials. Compared with a single SiC material, the composite materials can improve their dielectric properties, enrich the absorption mechanism, optimize the impedance matching, and then improve the microwave absorption ability. Finally, the development direction of SiC based composite microwave absorbing materials was prospected.
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Keywords:
- microwave absorbing /
- compound material /
- silicon carbide /
- nanoparticles /
- nanowires /
- aerogel
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表面活性剂是同时具有疏水基团和亲水基团的两亲性化合物，具有乳化、破乳、分散、絮凝、润湿、铺展、起泡、消泡、洗涤和杀菌等功能，被广泛应用于科学研究及石油开采、乳液聚合、食品、农业、纺织等工业领域[1-4]。出于合成角度考虑，一般希望得到结构稳定的表面活性剂，然而，在大多数实际应用中，表面活性剂往往只被需要在某一阶段发挥作用，当过程结束后，需要其失去活性或者从体系中轻易取出以减少残留导致的副作用[5-7]。另外，表面活性剂在用完后若直接排放到环境中，会造成巨大的资源浪费，还可能引起严重的环境污染而破坏生态平衡[8]。
解决这类问题的一个比较理想的办法就是采用刺激响应型表面活性剂取代传统的表面活性剂。刺激响应型表面活性剂在受到外界刺激时，其聚集形态、表面活性、溶解性、黏度和乳液稳定性会发生变化。如果这种变化可逆，即存在“开”与“关”两种状态，则该表面活性剂被认为具有开关性能[9-12]。与小分子表面活性剂相比，高聚物表面活性剂具有很好的乳化稳定性、在各种表/界面上有很好的吸附能力、优良的分散性和凝聚力，并且许多高聚物表面活性剂还具有良好的保水性、增稠性、成膜性及粘附性，更重要的是，大多数高分子表面活性剂是低毒的。
目前，开关型高聚物表面活性剂受到了普遍的关注[13-19]。研究结果表明，现有的表面活性剂还存在不少的问题，如pH开关型高分子表面活性剂在使用过程中需加入大量酸或碱，不仅会对环境造成污染，而且多次循环后也会因盐的累积而影响其性能；光开光型表面活性剂的应用受到了透明度的限制，因很多体系不透明，功能基团无法吸收特定波长的光做出响应或转变不彻底；热开光型表面活性剂需要较大的温度差，能耗大。因此，设计与开发成本低廉、工艺简单、性能优异的新型开关型高分子表面活性剂具有重大的意义。
CO2开关型高分子表面活性剂因其环境友好、可循环利用的优势而备受青睐[20-27]。但是，目前的研究发现，CO2开关型高分子表面活性剂存在合成复杂、价格昂贵且响应速度慢等缺点。此外，研究大多集中于探讨表面活性剂水溶液聚集结构的变化，而开关型乳液的研究较少；且多数高分子表面活性剂均采用嵌段等复杂的方式合成。
为了使操作简便，更适于实际应用，本实验采用廉价易得的单体甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)和乙烯基磺酸钠(SVS)，通过简单的无规共聚的自由基聚合法制备出一种CO2开关型高分子表面活性剂，用于水/液体石蜡体系的乳化，研究了乳液的CO2开关性能和乳化机制，可为石油开采中利用开关型表面活性剂水溶液以乳液的形式提取石油并轻易破乳而分离得到石油提供借鉴。
1. 实验材料及方法
1.1 原材料
甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)，AR，99%，阿拉丁试剂有限公司；乙烯基磺酸钠(SVS)，25%水溶液，阿拉丁试剂有限公司；过硫酸铵(APS)，AR，阿拉丁试剂有限公司；CO2，>99.999%，法国液化空气(中国)投资有限公司；N2，>99.999%，法国液化空气(中国)投资有限公司；液体石蜡，AR，国药集团试剂有限公司。
1.2 P(DEAEMA-SVS)聚合物粒子的合成
称取 20 mmol DEAEMA和20 mmol SVS置于干燥的100 mL三颈烧瓶中，加入20 mL去离子水，搅拌并升温至80℃，加入2wt%的APS，反应6 h。所得的粗产物用透析袋(MW 3500 Da)透析24 h，每6 h换一次水。将所得的水溶液冷冻干燥，得到最终产物P(DEAEMA-SVS)。改变单体DEAEMA和单体SVS的物料比例进行同样的实验步骤，得到不同投料比(摩尔比为4∶1，3∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶3和1∶4)的产物作对比研究。
1.3 样品表征
利用JNM-ECA600 核磁共振仪(日本电子株式会社)测定聚合物粒子1H-NMR谱(C3D6O)；采用18角激光光散射仪(DAMN HELEOSⅡ，美国Wyatt公司)测定聚合物的凝胶渗透色谱；采用Zetasizer Nano S90高灵敏纳米粒度分析仪(英国马尔文公司)通过动态光散射(DLS)的方法测聚合物粒径；用吊环法在KRUSS K100表面张力仪上测P(DEAEMA-SVS)水溶液的表面张力；用拉环法在KRUSS K100表面张力仪(德国克吕士科学仪器有限公司)上测定P(DEAEMA-SVS)水溶液与液体石蜡之间的界面张力。采用XPV-990E透反射偏光显微镜(上海长方光学仪器有限公司)和LSM780激光共聚焦显微镜(德国Zeiss公司)观察乳液液滴形态。
1.4 P(DEAEMA-SVS)乳液的制备
将聚合物P(DEAEMA-SVS)水溶液(1wt%)与液体石蜡按体积比1∶2两相混合，然后在超声细胞破碎仪(XC-CDS650，宁波市先倡电子科技有限公司)下超声乳化(450 W)，其功率设置为60%，工作时间和间隔时间均设置为2 s，工作次数为8次。将制备好的乳液密封在室温下放置3周，通过直接观察法确定乳液的稳定性。通过液滴测试和电导率(DDSJ-308A电导率仪，上海精密科学仪器有限公司)测试确认乳液类型。
1.5 P(DEAEMA-SVS)乳液的开关性能测定
向P(DEAEMA-SVS)乳液中通入CO2(100 mL/min)30 min后静置30 min，观察乳液外观。在60℃下再向该体系通入N2(100 mL/min)30 min，待溶液降温至室温后，再用超声细胞破碎仪超声乳化。重复上述步骤4次，探究乳液的开关性能。同时探究不同P(DEAEMA-SVS)浓度对乳液稳定性及失稳的影响。
2. 结果与讨论
2.1 P(DEAEMA-SVS)的结构与分子量分布
将P(DEAEMA-SVS)聚合物溶解在氘代丙酮中，利用核磁共振仪测得其1H-NMR谱如图1所示：δ=1.8~2.1 ×10−6(1、2、3)处的化学位移为高分子主链上的C—CH2—C和C—CH—C；δ=4.00×10−6(4)处的化学位移为—COOCH2CH2中的O原子所连的亚甲基H；δ=2.75×10−6(5)处的化学位移为—COOCH2CH2中远离氧原子的亚甲基H；δ=2.55×10−6(6)处的化学位移为—N(CH2CH3)2中的亚甲基H；δ=1.1×10−6(7)处的化学位移为—N(CH2CH3)2中的甲基H；δ=0.9×10−6(8)处的化学位移为高分子主链上的甲基H。
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图 1 聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯-乙烯基磺酸钠) (P(DEAEMA-SVS))的核磁氢谱图Figure 1. 1H-NMR spectrum of poly(N, N-diethylaminoethyl methacrylate-sodium vinylsulfonate) (P(DEAEMA-SVS))P(DEAEMA-SVS)聚合物的凝胶渗透色谱(GPC)测试结果显示合成的该物质为高分子化合物，其数均分子量为5.262×104，均重分子量为3.857×103，Z均分子量为9.466×104。其分子量分布为：40000~45000(29.22%)、45 000~50 000(24.36%)、50 000~60 000(25.70%)、60 000~80 000(12.11%)、100 000~200 000(3.62%)、200 000~400 000(1.62%），如图2所示。
2.2 不同投料比对P(DEAEMA-SVS)乳液稳定性的影响
单体投料比例不同时，所合成的聚合物粒子粒径会有差别，而粒径过大会使形成的乳液不稳定，粒径过小会使所形成的乳液不易破乳，因此选择合适尺寸的聚合物显得尤为重要。利用动态光散射原理，测定频率位移，由Stokes-Einstein方程计算得出颗粒粒径及分布。图3为不同投料比(DEAEMA和SVS单体摩尔比为4∶1，3∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶3和1∶4)所得产物的尺寸及粒径分布。当单体DEAEMA和单体SVS的投料摩尔比为1∶1时，聚合物粒子的粒径约为113 nm。随着单体SVS投料比的增加(2∶1→1∶4)，聚合物粒径在一定的范围内(60~115 nm)稳定且粒径分布(PDI)较窄。
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图 3 不同单体投料比对聚合物P(DEAEMA-SVS)粒径的影响Figure 3. Influence of surfactants with different monomer ratios on particle-size of P(DEAEMA-SVS)将不同摩尔比单体投料所合成的聚合物分别配置成质量比为1%的水溶液，测得这些物质的表面张力如图4所示。用该仪器测得纯水的表面张力为74 mN/m。可以发现，不同单体配比投料所合成的聚合物均具有表面活性，都能降低水的表面张力。其中单体DEAEMA和单体SVS比例为1∶1和1∶2合成的聚合物活性更强，能够明显地降低水的表面张力至37.279 mN/m 和35.820 mN/m。
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图 4 不同单体投料比对聚合物P(DEAEMA-SVS)表面张力和界面张力的影响Figure 4. Influence of surfactants with different monomer ratios on surface tension and interfacial tension of P(DEAEMA-SVS)除表面张力外，不同单体配比投料所合成的聚合物粒子对油水界面的吸附能力也是有很大的差别，而其在油水界面吸附的能力的大小会直接影响所形成乳液的稳定性。采用液体石蜡作为油相，研究不同单体配比投料所合成的聚合物水溶液与液体石蜡之间的界面张力(图4)。用该仪器测得纯水与液体石蜡直接的界面张力为66.231 mN/m。相对于其他单体配比，单体配比为1∶1和1∶2时，所得聚合物在油水界面上的吸附能力更强，能将界面张力降至5.492 mN/m和4.994 mN/m。这两种单体配比投料所得聚合物的界面张力值大幅下降，说明这两种聚合物具有很强的表面活性和界面活性，为形成稳定的乳液提供了可能，P(DEAEMA-SVS)聚合物能作为唯一乳化剂稳定乳液。
根据以上数据的分析，不同单体比例投料所合成的聚合物无论是粒径大小还是表面/界面活性都有着很大的差异。聚合物表面活性剂中所含亲/疏水单体基团比例的不同会导致HLB值存在差异，进而引起乳化性能的改变。当DEAEMA∶ SVS为2∶1时，所合成的聚合物粒子的表面张力和界面张力均略低于DEAEMA和SVS的投料摩尔比为1∶1时所合成的聚合物粒子，但作为唯一乳化剂制备的乳液在静置3周后会分出水层，而当DEAEMA∶ SVS=1∶1所合成聚合物粒子的乳液却更稳定。因此接下来选择DEAEMA∶ SVS=1∶1时所合成聚合物粒子形成的乳液进行乳化性能和开关性能的研究。
2.3 P(DEAEMA-SVS)的乳化性能
用P(DEAEMA-SVS)聚合物作为唯一乳化剂制备了水/液体石蜡的乳液，所制备的初始乳液的外观均一，没任何分层或分水分油现象。将得到的乳液取一滴滴入清水中，发现乳液滴能在水中迅速分散；并用电导率仪测得该乳液的电导率为120 μS/cm，其值远大于10 μS/cm，证明用P(DEAEMA-SVS)聚合物制备的水/液体石蜡乳液是水包油(O/W)型。将制备好的P(DEAEMA-SVS)乳液在室温下密封静置3周，发现乳液未出现分层现象，如图5所示。图6为乳液的显微镜照片。可以发现放置三周的乳液与原始乳液的乳液液滴大小并没有明显差别。由此说明P(DEAEMA-SVS) 是一种非常有效的高分子表面活性剂。
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图 5 原始P(DEAEMA-SVS)乳液 (a) 和静置3周后 (b)的外观照片Figure 5. Photographs of P(DEAEMA-SVS) emulsions followed by a period of 0 min (a) and 3 weeks (b) on standing![]()
图 6 静置30 min (a) 和静置3周后 (b) P(DEAEMA-SVS)乳液的显微镜图像Figure 6. Optical microscopy images of P(DEAEMA-SVS) emulsions followed by a period of 30 min (a) and 3 weeks (b) on standing将不同浓度的P(DEAEMA-SVS)水溶液与液体石蜡混合形成乳液，将乳液静置一段时间后观察乳液的外观变化，如图7所示。当表面活性剂P(DEAEMA-SVS)浓度低于0.2wt%时，虽然也能形成乳液，但其乳液有明显的分层，这是由于浓度较低时形成的乳液液滴粒径较大，而液体石蜡的密度较小，引出液滴在浮力的作用下集中在上层，其水相也不是澄清的，说明仍有P(DEAEMA-SVS)颗粒存在于水相中；而当其浓度大于0.2wt%时，均能形成稳定均一的乳液。
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图 7 不同浓度 (0.02wt%~1wt%)的P(DEAEMA-SVS)对乳液稳定性的影响Figure 7. Stability of emulsions formed by different concentrations of P(DEAEMA-SVS) from 0.02wt% to 1wt%不同的油水比例对乳液稳定性也存在影响。当液体石蜡与水的比例小于1∶1时，均能形成稳定的乳液。但当液体石蜡与水的比例超过1∶1时，虽然也能形成乳液，如图8(b)所示，但该乳液无法一直稳定为均一相，放置一段时间后液滴将上浮分层，下层水相不澄清(图8(a))，说明当液体石蜡的量大于50%时形成的乳液不稳定。
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图 8 不同油水比对P(DEAEMA-SVS) 乳液稳定性的影响Figure 8. Stability of P(DEAEMA-SVS) emulsions formed by different ratios of liquid paraffin to water ((a) For 3 min; (b) For 3 weeks)2.4 P(DEAEMA-SVS)乳液的开关性能
在室温下，向聚合物P(DEAEMA-SVS) 水/液体石蜡的乳液体系中通入CO2 10 min后，发现有明显的油层析出，继续通CO2至30 min后乳液完全破乳，溶液回到初始的两相状态，且油水界线清晰。CO2的加入使聚合物侧链上的叔胺基团质子化从而增加了聚合物的水溶性，使聚集缠绕的聚合物链快速分散并向水相中迅速迁移，因而无法吸附在油水界面上。由于P(DEAEMA-SVS)在发生质子化作用后，其水溶性增大使其在破乳后完全存在于水相中，因此不仅不会对油相造成污染而且更有利于回收和再次利用。
破乳后的体系在60℃温度下，通入N2 30 min后，发现油水两层的界面开始模糊，油相变浑浊。待体系降温至室温后，将该体系经细胞粉碎机乳化后又可再次获得稳定的乳液。N2的加入排出了CO2，使叔胺基团发生去质子化反应，分散的聚合物链再次形成聚集缠绕的结构并从水中析出，吸附在油水界面上。由此看出P(DEAEMA-SVS)粒子(1wt%)制备的水/液体石蜡乳液具有非常好的CO2开关性能，并且上述通CO2破乳/通N2再乳化的过程可重复多次，多次循环过程中制备的乳液完全相同，图9为P(DEAEMA-SVS)聚合物粒子(1wt%)制备的水/液体石蜡乳液对CO2/N2的刺激响应及3次破乳/再乳化过程。
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图 9 用P(DEAEMA-SVS)制备的水/液体石蜡乳液CO2循环过程Figure 9. CO2 switchable demulsification and re-emulsification of P(DEAEMA-SVS) emulsion图10为液体石蜡与水的比例对聚合物P(DEAEMA-SVS) 水/液体石蜡乳液失稳破乳的影响。由图10(a)可以看出，当油水比小于1∶1时乳液均具有良好的稳定性。向乳液中通入CO2 30 min后，乳液能快速破乳实现油水分离，表明乳液的破乳与液体石蜡与水的比例无关。
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图 10 液体石蜡的量对P(DEAEMA-SVS)乳液失稳的影响Figure 10. Effect of liquid paraffin amounts on instability of P(DEAEMA-SVS) emulsion ((a) For 3 min; (b) For 3 weeks)图11为在同一油水比例下不同浓度的P(DEAEMA-SVS)水溶液与液体石蜡形成的乳液破乳10 min时的情况。随着P(DEAEMA-SVS) 水溶液浓度的升高，其所含的聚合粒子增多，使乳液对CO2的响应速率及响应能力不同。可知，由不同浓度的P(DEAEMA-SVS)水溶液制备的乳液均能破乳实现油水分离(图11(b))，但破乳的速率不同。当向体系内通入CO2 10 min后，可以看到低浓度(0.025wt%)的乳液已经完全破乳，油水几乎完全分离。而高浓度的乳液需要更长的破乳时间。P(DEAEMA-SVS)浓度大于0.8wt%所形成的乳液需要通CO2 30 min才能完全破乳，并且破乳后水溶液的乳白色也比低浓度的深。实验结果表明，聚合物的浓度一定程度上会减慢乳液的破乳速率，但均可以实现完全破乳。由此说明，该聚合物P(DEAEMA-SVS) 表面活性剂能与水/液体石蜡形成CO2开关型乳液。
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图 11 P(DEAEMA-SVS)的浓度对乳液失稳的影响Figure 11. Effect of P(DEAEMA-SVS) concentration on emulsion instability((a) For 3 min; (b) For 3 weeks)2.5 P(DEAEMA-SVS)乳液的乳化和破乳机制
图12为P(DEAEMA-SVS)水/液体石蜡乳液的乳化和破乳机制。聚合物P(DEAEMA-SVS)因其高分子侧链上的叔胺基团的疏水性，聚集缠绕成小球并能吸附在油水界面上，使液体石蜡以液滴的形式均匀地分散在水相中，形成稳定的水包油型(O/W型)乳液。
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图 12 P(DEAEMA-SVS)乳液的乳化和破乳机制Figure 12. Proposed emulsifacation and demulsification mechanism of P(DEAEMA-SVS) emulsions当向溶液中通入CO2，使水中产生大量的H+与叔胺基团发生质子化反应形成亲水的季铵盐，增大了聚合物的亲水性，改变了物质本身的水油平衡，降低了物质的表面活性，从而使高分子链在静电斥力的作用下分散并将高分子链迁移至水中，油水界面遭到破坏，乳液的液滴相互兼并，最终引起油水两相分离，使乳液破乳。在60℃温度下，通入N2可将CO2去除，这使聚合物侧链上的叔胺基团发生去质子化作用，重新回到原来疏水的状态，并聚集缠绕成球状再次吸附在油水界面上，再次形成稳定的乳液。
3. 结 论
(1) 制备了CO2开关型聚合物P(DEAEMA-SVS)表面活性剂，能有效降低水的表面张力和水/液体石蜡的界面张力。DEAEMA/SVS单体投料比为1∶1 (摩尔比)时，形成的聚合物粒子粒径分布窄，可将水的表面张力降低至37.279 mN/m，将水/液体石蜡的界面张力降低至5.492 mN/m，其表面活性和界面活性均很强，可作为唯一乳化剂稳定乳液。
(2) 聚合物P(DEAEMA-SVS)表面活性剂水溶液可与液体石蜡形成稳定且灵敏的CO2开关型乳液。通入CO2 30 min可使乳白色的P(DEAEMA-SVS) 乳液破乳变为澄清态；在60℃下通入N2能快速地去除CO2，使溶液变回原始状态再乳化。通CO2破乳/通N2再乳化的过程可重复进行。由P(DEAEMA-SVS)粒子(1wt%)制备的水/液体石蜡乳液具有非常好的CO2开关响应性能，且该开关性能是可循环的。
(3) P(DEAEMA-SVS)表面活性剂因其侧链上的叔胺基团的疏水性，可与水/液体石蜡形成水包油型乳液。在CO2的作用下，叔胺基团发生质子化作用形成亲水的季铵盐，乳液的油水界面遭破坏且两相分离而破乳。60℃温度下通入N2可去除CO2，使聚合物侧链上的叔胺基团去质子化重新形成疏水性聚集球体吸附在油水界面上，再次稳定乳液。
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图 4 退火温度为1650℃ (a) 和1800℃ (b) 时，匹配厚度为2或1.5~4 mm的范围内，退火态硅硼碳氮(SiBCN)的吸波性能和反射系数(RC)[27]；(c) 匹配厚度为3 mm的SiOC和n-SiC/SiOC的吸收系数[29]
Figure 4. Reflection coefficient (RC) of the as-annealed siliconboron carbonitride (SiBCN) at 1650℃ (a) and 1800℃ (b) as a function of frequency at a matching thickness range of 2 or 1.5-4 mm[27]; (c) Absorption coefficients of SiOC and n-SiC/SiOC with a matching thickness of 3 mm[29]
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图 7 SiC纳米线低放大TEM图像 (a)、高放大TEM图像( b)；(c)为图(b)中划出区域的HRTEM图像；((d), (e)) 对应(c)中含缺陷1和无缺陷2区的FFT衍射图[37]； SiC 纳米线(NWs) (f) 和SiC@石墨烯 (g) 的SEM图像、SiC NWs (h) 和SiC@石墨烯 (i) 的TEM图像(插图为相应的HRTEM图像)；(j) 不同厚度SiC@石墨烯的RL值[42]
Figure 7. SiC nanowires low-magnified TEM image (a), high-magnified TEM image (b) showing high-density stacking faults and micro-twins within nanowires; (c) HRTEM image recorded from the white square area in Fig.(b); ((d), (e)) Corresponding the FFT diffraction patterns obtained from defect-containing (1) and defect-free (2) regions in (c), respectively[37]; SEM images of nanowires (NWs) (f) and SiC@graphene (g); TEM images of SiC NWs (h) and SiC@graphene (i) (insets are corresponding HRTEM images); (j) RL values of SiC@graphene with various thicknesses[42]
TB—Twin boundaries; SF—Stacking faults; VG—Vertically oriented graphene; NW—Nanowire
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图 9 ((a), (b)) 包埋法制备的BC/SiC复合材料的SEM图像[54]；(c) 经1300℃、1400℃、 1500℃热处理的3种样品(S-1300、S-1400、S-1500)的RL三维表征[55]
Figure 9. ((a), (b)) SEM images of BC/SiC composites by investing method; (c) Three-dimensional presentations of RL of 3 kinds of samples were heat treated at 1300℃, 1400℃ and 1500℃ (S-1300, S-1400, S-1500)[55]
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[1] REPACHOLI M H. Low-level exposure to radiofrequency electromagnetic fields: Health effects and research needs[J]. Bioelectromagnetics,1998,19(1):1-19. DOI: 10.1002/(SICI)1521-186X(1998)19:1<1::AID-BEM1>3.0.CO;2-5
[2] 张卫东, 冯小云, 孟秀兰. 国外隐身材料研究进展[J]. 宇航材料工艺, 2000(3):1-4, 10. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2330.2000.03.001 ZHANG Weidong, FENG Xiaoyun, MENG Xiulan. Status and development of foreign study on new stealthy materials[J]. Aerospace Materials & Technology,2000(3):1-4, 10(in Chinese). DOI: 10.3969/j.issn.1007-2330.2000.03.001
[3] BALAJI ANANTH P, ABHIRAM N, HARI KRISHNA K, et al. Synthesis of radar absorption material for stealth application[J]. Materials Today: Proceedings,2021,47:4872-4878. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.06.196
[4] GUAN H, LIU S, DUAN Y, et al. Investigation of the electromagnetic characteristics of cement based composites filled with EPS[J]. Cement and Concrete Composites,2007,29(1):49-54. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2006.08.001
[5] LIU L, DUAN Y, MA L, et al. Microwave absorption properties of a wave-absorbing coating employing carbonyl-iron powder and carbon black[J]. Applied Surface Science,2010,257(3):842-846. DOI: 10.1016/j.apsusc.2010.07.078
[6] 王志江, 梁彩云. 堆垛层错对SiC纳米线吸波性能的影响机制[C]//中国国际复合材料科技大会. 杭州: 中国复合材料学会, 2017: 481-488. WANG Z J, LIANG C Y. Influence mechanism of stacking faults on microwave absorbing properties of SiC nanowires[C]//China International Congress on Compo-site Materials. Hangzhou: Chinese Society of Composite Materials, 2017: 481-488(in Chinese).
[7] 米越姗, 陈旸, 郑占申. 氮改性多结构SiC吸波材料的研究[J]. 中国陶瓷, 2020, 56(9):24-30. DOI: 10.16521/j.cnki.issn.1001-9642.2020.09.005 MI Y S, CHEN Y, ZHENG Z S. Research on N-modified SiC absorbing materials with multiple structures[J]. China Ceramics,2020,56(9):24-30(in Chinese). DOI: 10.16521/j.cnki.issn.1001-9642.2020.09.005
[8] LAN X, WANG Z. Efficient high-temperature electromagnetic wave absorption enabled by structuring binary porous SiC with multiple interfaces[J]. Carbon,2020,170:517-526. DOI: 10.1016/j.carbon.2020.08.052
[9] STARKE U, BERNHARDT J, SCHARDT J, et al. SiC surface reconstruction: Relevancy of atomic structure for growth technology[J]. Surface Review and Letters,1999,6(6):1129-1141. DOI: 10.1142/S0218625X99001256
[10] DONG H, FANG Z, YANG T, et al. Single crystalline 3 C-SiC whiskers used for electrochemical detection of nitrite under neutral condition[J]. Ionics,2016,22(8):1493-1500. DOI: 10.1007/s11581-016-1666-5
[11] SHEN Z, CHEN J, LI B, et al. Recent progress in SiC nanowires as electromagnetic microwaves absorbing materials[J]. Journal of Alloys and Compounds,2020,815:152388. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152388
[12] LAN X, QIU Z, YAN B, et al. Growing dendritic SiC on 1D SiC nanowire: Enhancement of electromagnetic wave absorption performance[J]. Journal of Physics and Che-mistry of Solids,2020,136:109124. DOI: 10.1016/j.jpcs.2019.109124
[13] KUANG J, JIANG P, LIU W, et al. Synergistic effect of Fe-doping and stacking faults on the dielectric permittivity and microwave absorption properties of SiC whiskers[J]. Applied Physics Letters,2015,106(21):212903. DOI: 10.1063/1.4921627
[14] JIN Y, ZHANG B, ZHANG H, et al. Effects of skeleton pore size on the microstructure and electromagnetic absorbing property of the SiC nanowires/SiC composites[J]. Materials Letters,2021,295:129867. DOI: 10.1016/j.matlet.2021.129867
[15] CAI Z, SU L, WANG H, et al. Hydrophobic SiC@C nanowire foam with broad-band and mechanically controlled electromagnetic wave absorption[J]. ACS Appllied Materials & Interfaces,2020,12(7):8555-8562.
[16] HOU Y, XIAO B, SUN Z, et al. High temperature anti-oxidative and tunable wave absorbing SiC/Fe3Si/CNTs compo-site ceramic derived from a novel polysilyacetylene[J]. Ceramics International,2019,45(13):16369-16379. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.05.165
[17] HAN T, LUO R, CUI G, et al. Effect of SiC nanowires on the high-temperature microwave absorption properties of SiCf/SiC composites[J]. Journal of the European Ceramic Society,2019,39(5):1743-1756. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.01.018
[18] ZHANG D D, ZHAO D L, ZHANG J M, et al. Microwave absorbing property and complex permittivity and permeability of graphene-CdS nanocomposite[J]. Journal of Alloys and Compounds,2014,589:378-383. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.11.195
[19] LU X, DONG C, GUO X, et al. Effect of B, Al, Ga doping on the electronic structure and optical property of 4 H-SiC system by the first principles calculation[J]. Modern Physics Letters B,2021,35(5):2150091. DOI: 10.1142/S0217984921500913
[20] REN F, XUE J, LIU X, et al. In situ construction of CNWs/SiC-NWs hybrid network reinforced SiCN with excellent electromagnetic wave absorption properties in X band[J]. Carbon,2020,168:278-289. DOI: 10.1016/j.carbon.2020.06.081
[21] ZHANG M, LI Z, WANG T, et al. Preparation and electromagnetic wave absorption performance of Fe3Si/SiC@SiO2 nanocomposites[J]. Chemical Engineering Journal,2019,362:619-627. DOI: 10.1016/j.cej.2019.01.039
[22] 梁飞. 碳化硅纳米颗粒的吸波性能研究[J]. 渭南师范学院学报, 2013, 28(9): 137-140. LIANG Fei. Research on absorbing EMW properties of SiC nanoparticles[J]. Journal of Weinan Normal University, 2013, 28(9): 137-140(in Chinese).
[23] 陈兆晨, 冯振宇, 杨倩一, 等. 碳化硅颗粒填充的碳纳米管/环氧树脂复合材料的吸波性能[J]. 功能材料与器件学报, 2011, 17(3):258-261. DOI: 10.3969/j.issn.1007-4252.2011.03.005 CHEN Zhaochen, FENG Zhenyu, YANG Qianyi, et al. Microwave absorbing properties of carbon nanotubes/epoxy resin composites with SiC particles[J]. Journal of Functional Materials and Devices,2011,17(3):258-261(in Chinese). DOI: 10.3969/j.issn.1007-4252.2011.03.005
[24] 张磊, 赵东林, 沈曾民. 碳纳米管/纳米碳化硅复合材料的制备及其微波电磁特性[C]//2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集. 天津: 中国仪器仪表学会, 2008: 639-641. ZHANG L, ZHAO D L, SHEN Z M. Preparation and microwave electromagnetic properties of carbon nanotube/nano silicon carbide composites[C]//Proceedings of 2008 National High Level Forum on Functional Materials Technology and Industry. Tianjin: China Instrument and Control Society, 2008: 639-641(in Chinese).
[25] 卓绝, 黄昊, 丁昂. 直流电弧法制备SiC@C核壳型纳米粒子及吸波性能研究[J]. 兵器材料科学与工程, 2016, 39(6):78-82. DOI: 10.14024/j.cnki.1004-244x.20161014.003 ZHUO J, HUANG H, DING A. Microwave absorbing properties of SiC@C core/shell nanoparticles prepared arc discharge method[J]. Ordnance Material Science and Engi-neering,2016,39(6):78-82(in Chinese). DOI: 10.14024/j.cnki.1004-244x.20161014.003
[26] YUAN X, CHENG L, ZHANG L. Electromagnetic wave absorbing properties of SiC/SiO2 composites with ordered inter-filled structure[J]. Journal of Alloys and Compounds,2016,680:604-611. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.03.309
[27] YE F, ZHANG L, YIN X, et al. Dielectric and EMW absorbing properties of PDCs-SiBCN annealed at different temperatures[J]. Journal of the European Ceramic Society,2013,33(8):1469-1477. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.01.006
[28] ZHANG P P, WANG H S, LI L, et al. Preparation and properties of Si3N4-SiC radar wave-absorbing nanocomposites[J]. Key Engineering Materials,2016,697:462-466. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.697.462
[29] DUAN W, YIN X, YE F, et al. Synthesis and EMW absorbing properties of nano SiC modified PDC-SiOC[J]. Journal of Materials Chemistry C,2016,4(25):5962-5969. DOI: 10.1039/C6TC01142J
[30] 王玉江, 黄威, 黄玉炜, 等. SiC/Fe3O4/rGO复合材料的制备及吸波性能[J]. 材料导报, 2019, 33(10):1624-1629. DOI: 10.11896/cldb.18060055 WANG Y J, HUANG W, HUANG Y W, et al. Preparation and microwave absorbing properties of SiC/Fe3O4/rGO composite materials[J]. Materials Reports,2019,33(10):1624-1629(in Chinese). DOI: 10.11896/cldb.18060055
[31] KUANG J, JIANG P, HOU X, et al. Dielectric permittivity and microwave absorption properties of SiC nanowires with different lengths[J]. Solid State Sciences,2019,91:73-76. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2019.03.015
[32] GUO C, CHENG L, YE F. Synthesis of multifunctional foam-like isotropic high volume fraction SiC nanowires preform via a simple method[J]. Ceramics International,2021,47(7):9569-9577. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.12.091
[33] LI B, MAO B, HUANG H, et al. Synthesis and microwave absorption properties of bamboo-like β-SiC nanowires[J]. International Journal of Applied Ceramic Technology,2020,17(4):1869-1881. DOI: 10.1111/ijac.13516
[34] LIANG C, QIN W, WANG Z. Cobalt doping-induced strong electromagnetic wave absorption in SiC nanowires[J]. Journal of Alloys and Compounds,2019,781:93-100. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.12.047
[35] 李敏, 刘宏达, 乔宁, 等. SiCw-Co复合材料的制备及吸波性能的研究[J]. 中国陶瓷, 2020, 56(3):39-44. LI M, LIU H D, QIAO N, et al. Research on preparation and absorbing properties of SiCw-Co composite materials[J]. China Ceramics,2020,56(3):39-44(in Chinese).
[36] KUANG J, HOU X, XIAO T, et al. Three-dimensional carbon nanotube/SiC nanowire composite network structure for high-efficiency electromagnetic wave absorption[J]. Ceramics International,2019,45(5):6263-6267. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.12.107
[37] WU R, YANG Z, FU M, et al. In-situ growth of SiC nanowire arrays on carbon fibers and their microwave absorption properties[J]. Journal of Alloys and Compounds,2016,687:833-838. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.06.106
[38] QIAN J, DU B, CAI M, et al. Preparation of SiC nanowire/carbon fiber composites with enhanced electromagnetic wave absorption performance[J]. Advanced Engineering Materials,2021,23(10):5100434.
[39] WANG P, CHENG L, ZHANG Y, et al. Electrospinning of graphite/SiC hybrid nanowires with tunable dielectric and microwave absorption characteristics[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,2018,104:68-80. DOI: 10.1016/j.compositesa.2017.10.012
[40] HAN M, YIN X, HOU Z, et al. Flexible and thermostable graphene/SiC nanowire foam composites with tunable electromagnetic wave absorption properties[J]. ACS Appllied Materials & Interfaces,2017,9(13):11803-11810.
[41] HAN M, YIN X, DUAN W, et al. Hierarchical graphene/SiC nanowire networks in polymer-derived ceramics with enhanced electromagnetic wave absorbing capability[J]. Journal of the European Ceramic Society,2016,36(11):2695-2703. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.04.003
[42] ZHAO D, YUAN X, LI B, et al. Silicon carbide nanowire covered by vertically oriented graphene for enhanced electromagnetic wave absorption performance[J]. Chemical Physics,2020,529:110574. DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.110574
[43] XIAO T, KUANG J, PU H, et al. Hollow SiC microtube with multiple attenuation mechanisms for broadband electromagnetic wave absorption[J]. Journal of Alloys and Compounds,2021,862(1):158032.
[44] YAN L, HONG C, SUN B, et al. In situ growth of core-sheath heterostructural SiC nanowire arrays on carbon fibers and enhanced electromagnetic wave absorption performance[J]. ACS Appllied Materials & Interfaces,2017,9(7):6320-6331.
[45] 郑海康, 武志红, 张路平, 等. 念珠状碳化硅/二氧化硅纳米线的制备及电磁波吸收性能[J]. 硅酸盐学报, 2020, 48(1):8-14. DOI: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190211 ZHENG H K, WU Z H, ZHANG L P, et al. Synthesis and electromagnetic wave absorption properties of beaded silicon carbide/silica nanowires[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society,2020,48(1):8-14(in Chinese). DOI: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190211
[46] DUAN W, YIN X, LI Q, et al. Synthesis and microwave absorption properties of SiC nanowires reinforced SiOC ceramic[J]. Journal of the European Ceramic Society,2014,34(2):257-266. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.08.029
[47] DONG Y, FAN X, WEI H, et al. Enhanced electromagnetic wave absorption properties of a novel SiC nanowires reinforced SiO2/3Al2O3·2SiO2 porous ceramic[J]. Ceramics International,2020,46(14):22474-22481. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.06.006
[48] ZHONG B, SAI T, XIA L, et al. High-efficient production of SiC/SiO2 core-shell nanowires for effective microwave absorption[J]. Materials & Design,2017,121:185-193.
[49] WANG P, CHENG L, ZHANG L. Lightweight, flexible SiCN ceramic nanowires applied as effective microwave absorbers in high frequency[J]. Chemical Engineering Jour-nal,2018,338:248-260. DOI: 10.1016/j.cej.2017.12.008
[50] DUAN W, YIN X, CAO F, et al. Absorption properties of twinned SiC nanowires reinforced Si3N4 composites fabricated by 3D-prining[J]. Materials Letters,2015,159:257-260. DOI: 10.1016/j.matlet.2015.06.106
[51] ZHOU W, YIN R M, LONG L, et al. Enhanced high-tempera-ture dielectric properties and microwave absorption of SiC nanofibers modified Si3N4 ceramics within the gigahertz range[J]. Ceramics International,2018,44(11):12301-12307. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.04.017
[52] LI X, YIN X, XU H, et al. Ultralight MXene-coated, interconnected SiCnws three-dimensional lamellar foams for efficient microwave absorption in the X-band[J]. ACS Appllied Materials & Interfaces,2018,10(40):34524-34533.
[53] 朱新文, 江东亮, 谭寿洪. 碳化硅网眼多孔陶瓷的微波吸收特性[J]. 无机材料学报, 2002(6):1152-1156. ZHU X W, JIANG D L, TAN S H. Microwave absorption characteristics of silicon carbide mesh porous ceramics[J]. Journal of Inorganic Materials,2002(6):1152-1156(in Chinese).
[54] 武志红, 李妤婕, 张聪, 等. 竹炭/SiC复合材料结构及其吸波性能[J]. 硅酸盐学报, 2018, 46(1):150-155. WU Z H, LI Y J, ZHANG C, et al. Structure and microwave absorption properties of bamboo charcoal/SiC compo-sites[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society,2018,46(1):150-155(in Chinese).
[55] DONG S, HU P, ZHANG X, et al. Carbon foams modified with in-situ formation of Si3N4 and SiC for enhanced electromagnetic microwave absorption property and thermostability[J]. Ceramics International,2018,44(6):7141-7150. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.01.156
[56] HOU Z, XUE J, WEI H, et al. Tailorable microwave absorption properties of RGO/SiC/CNT nanocomposites with 3D hierarchical structure[J]. Ceramics International,2020,46(11):18160-18167. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.137
[57] WANG Y, ZHANG L, ZHANG G, et al. Microwave absorbing properties of novel SiC/Cf composites containing SiC array modified coating[J]. Journal of Inorganic Materials,2021,36(3):306-312. DOI: 10.15541/jim20200364
[58] LAN X, HOU Y, DONG X, et al. All-ceramic SiC aerogel for wide temperature range electromagnetic wave attenuation[J]. ACS Appllied Materials & Interfaces,2022,14(13):15360-15369.
[59] DAI D, LAN X, WU L, et al. Designed fabrication of lightweight SiC/Si3N4 aerogels for enhanced electromagnetic wave absorption and thermal insulation[J]. Journal of Alloys and Compounds,2022,901:163651. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163651
[60] LIU D, ZHOU Z, WANG Y, et al. Preparation and characterization of polymer-derived SiC ceramic aerogels toward excellent electromagnetic wave absorption properties[J]. Journal of Materials Research and Technology,2022,19:507-519. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.05.062
[61] WANG Z, ZHAO H, DAI D, et al. Ultralight, tunable monolithic SiC aerogel for electromagnetic absorption with broad absorption band[J]. Ceramics International,2022,48(18):26416-26424. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.05.332
[62] CAI Z, SU L, WANG H, et al. Alternating multilayered Si3N4/SiC aerogels for broadband and high-temperature electromagnetic wave absorption up to 1000°C[J]. ACS Appllied Materials & Interfaces,2021,13(14):16704-16712.
[63] SONG L, CHEN Y, GAO Q, et al. Low weight, low thermal conductivity, and highly efficient electromagnetic wave absorption of three-dimensional graphene/SiC-nanosheets aerogel[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,2022,158:106980. DOI: 10.1016/j.compositesa.2022.106980
[64] ZENG G, LI X, WEI Y, et al. Significantly toughened SiC foams with enhanced microwave absorption via in situ growth of Si3N4 nanowires[J]. Chemical Engineering Journal,2021,426:131745. DOI: 10.1016/j.cej.2021.131745
[65] DAI D, LAN X, WANG Z. Hierarchical carbon fiber reinforced SiC/C aerogels with efficient electromagnetic wave absorption properties[J]. Composites Part B: Engineering,2023,248:110376. DOI: 10.1016/j.compositesb.2022.110376
-
期刊类型引用(10)
1. 翟兆阳，李欣欣，张延超，刘忠明，杜春华，张华明. 连续光纤激光切割金属薄壁材料工艺研究. 红外与激光工程. 2024(02): 33-43 . 
百度学术
2. 陶洋，李存静，逄增媛，张典堂. 展宽布/网胎针刺C/C复合材料制备及力学性能. 复合材料学报. 2024(04): 1934-1944 . 本站查看
3. 董志刚，王中旺，冉乙川，鲍岩，康仁科. 碳纤维增强陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工技术的研究进展. 机械工程学报. 2024(09): 26-56 . 百度学术
4. 席翔，李海龙，陈友元，裴景奇，廖城坤，薛琳，储洪强，冉千平. 碳纤维增强碳基复合材料的介电性能对应力的自感知. 高分子材料科学与工程. 2024(05): 115-124 . 百度学术
5. 钱奇伟，张昕，杨贞军，沈镇，校金友. 基于CT图像深度学习的三维编织C/C复合材料微观组分与缺陷智能识别. 复合材料学报. 2024(07): 3536-3543 . 本站查看
6. 翟兆阳，李欣欣，张延超，刘忠明，杜春华，张华明. 基于正交试验的金属薄壁材料激光切割工艺优化. 中国机械工程. 2024(07): 1279-1289 . 百度学术
7. 何金玲. 纤维复材浆料流变性能分析及矿混匀质量应用研究. 粘接. 2024(09): 87-90 . 百度学术
8. 姚先龙. 碳基复合材料的应用及相关制备方法. 信息记录材料. 2023(01): 36-38 . 百度学术
9. 石磊，罗浩，罗瑞盈. 胶层厚度对C/C复合材料剪切粘接性能的影响. 炭素技术. 2023(04): 22-26 . 百度学术
10. 刘科众，陈舟，王泽鹏，韩保恒. C/C复合材料增密过程孔隙结构及演化研究. 机械设计与制造工程. 2022(10): 33-36 . 百度学术
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目的
吸波材料作为防雷达探测、电磁干扰和电磁污染的有效屏障得到了快速的发展。SiC是一种应用广泛的吸波材料，其具有一定的介电性能和出众的稳定性、耐腐蚀性，但也存在阻抗匹配不佳等缺点。构建SiC基复合吸波材料是提高其吸波性能的重要方法。本文综述了SiC的吸波性能和SiC基复合吸波材料的研究进展，并展望了SiC基复合吸波材料的发展方向。
方法对SiC及其复合吸波材料的制备与性能进行归纳总结：(1)SiC的吸波性能和提高吸波性能的方法。SiC吸波材料主要依赖于介电损耗，内部缺陷、界面和表面、厚度和温度等因素会影响SiC的吸波性能。为克服SiC材料阻抗匹配不佳、损耗机制单一等不足，常用的方法有：掺杂改性和制备SiC复合材料。(2)SiC复合材料的制备策略：零维SiC纳米颗粒、一维SiC纳米线、三维结构SiC材料分别与导电材料、介电材料和磁性材料相复合，以提高SiC基材料的介电性能、丰富吸收机制、优化阻抗匹配，进而提高吸波性能。
结果SiC的吸波性能主要来自于介电弛豫损耗，并受到内部缺陷、界面和表面、厚度和温度的影响：SiC内部缺陷作为极化中心引起极化弛豫，提高介电常数；SiC的比表面积增大，会增加偶极极化和界面极化，促进多次反射；吸收体厚度为1/4波长的奇数倍时会产生干涉而衰减电磁波；温度的升高会降低SiC电阻率，进而提高其对电磁波吸收率。为提高SiC的吸波性能，可采用掺杂改性和制备SiC复合材料的
方法对SiC的掺杂改性可以调控载流子浓度、提高介电性能；SiC复合吸波材料可以调节电磁参数、优化阻抗匹配、丰富损耗机制，提高吸收强度。不同维度的SiC用于吸波材料的优势有：SiC纳米颗粒抗氧化性能更好，更耐高温，纳米颗粒有效改善了SiC的电磁特性且制备方法较为成熟；SiC纳米线具有一维结构，比表面积较大，易于形成三维导电网络，具有较高的介电性能；三维SiC材料可通过不同的实验方法制备，多孔网络结构对电磁波产生反射、散射、干涉作用引起衰减。按照损耗类型分类，SiC复合材料主要分为三类：SiC与导电材料复合、SiC与介电材料复合、SiC与磁性材料复合。①导电材料以碳材料为代表，具有导电性高、密度小、稳定性好、易于调控的优势。导电材料与SiC相复合，促进了异质界面的形成，引入了导电路径，可以丰富损耗机制，优化阻抗匹配。②介电材料包括各种陶瓷材料，大多具有较高的力学性能和耐腐蚀性能。介电材料与SiC相复合，可以调控材料的介电性能，进一步提高介电损耗，并有在高温下服役的潜力。③磁性材料包括金属微粉和金属氧化物等，通过涡流损耗和自然共振等方式进行磁损耗，有些磁性材料也同时具备介电损耗，具有很高的吸波特性。磁性材料与SiC相复合，可以丰富损耗机制，提高吸波性能。
结论本文综述了SiC复合吸波材料的最新研究进展：介绍了SiC的结构、吸波机理和影响因素，并根据SiC材料维度和损耗机理对复合材料进行分类总结和分析。最后对SiC基复合吸波材料的发展前景进行了展望，这为SiC基复合吸波材料的研究提供参考。
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