平板状吸波体和蜂窝状吸波体相比,蜂窝状吸波体的吸波性能明显更强。这是因为它在两方面有优势呢。一方面,它把吸波体的阻抗匹配性能提升了,另一方面,它让电磁波的损耗机制变得更强大。研究人员为了解决电磁污染的难题,研发出了电磁屏蔽材料。不过实际用起来发现,虽然能保护目标不受电磁干扰,但是这种材料主要靠反射电磁波,结果就造成了电磁波二次反射,让外面的电磁环境变得更加复杂。
所以呀,研发以吸收机制为主的电磁吸波材料就变得特别关键,这也是研究的核心目标。从电磁吸波材料的组成来看,吸波剂起着很重要的作用。这篇文章就把电阻型吸波剂里的新型碳纳米材料石墨烯作为切入点。纯石墨烯的电导率和电磁参数太高了,不满足阻抗匹配的条件。于是,在之前成功做出石墨烯 / PLA 复合微粒的基础上,用熔融挤出成型的办法把石墨烯和 PLA 复合起来,做出了石墨烯 / PLA 复合线材。研究不同工艺参数下,这种线材的成型情况和导电性能有啥变化规律,还有材料配方对线材导电性和力学性能的影响。接着,用 FDM 成型技术做出了石墨烯 / PLA 复合试样。用波导法测试它的吸波性能,发现没达到预期。然后调整配方,加入纳米 Fe3O4,让它变成石墨烯 / 纳米 Fe3O4/PLA 复合试样,成功从单组元复合件变成了双组元复合件,实现了预期目标。
在课题组之前成功用 FDM 打印出平板状吸波体的基础上,改变中间功能层的结构,做出了蜂窝状吸波体。用弓形法测试它的反射损耗,跟之前的平板状吸波体一对比,发现蜂窝状吸波体在轻重量、宽频率范围、强吸收能力等方面有了很大提升。研究得到的主要结果和结论是这样的:用熔融挤出成型方法做出了石墨烯 / PLA 复合线材。研究了不同工艺参数对线材成型质量和导电性能的影响。还在此基础上,研究了材料配方对线材导电和力学性能的影响。结果表明:模口温度在 110℃以上,冷却水温在 40℃左右,能保证线材的表面质量好。当主轴转速是 14 转 / 分钟,牵引速度在 10 到 13 转 / 分钟的时候,能保证线材的线径合适。线材的电导率随着模口温度和主轴转速的增加,先升高后降低。当模口温度是 125℃,主轴转速是 14 转 / 分钟的时候,电导率最佳。随着石墨烯含量增加,石墨烯 / PLA 复合线材的电导率先上升后下降。当石墨烯含量是 8%(重量百分比)的时候,电导率达到最大值,是 2.01×10⁻²S/cm。