随着电子通信技术和战斗隐身技术的不断发展，电磁波吸收材料在未来经济建设和国防建设中的地位日趋重要，为保护国家信息安全以及在信息化战场上占据主动地位，发展高性能吸波材料迫在眉睫。阻抗匹配特性是决定吸波材料性能的关键因素之一，然而，目前阻碍高性能吸波材料发展的主要问题在于：阻抗匹配特性的调节需要进行大量实验验证，严重消耗人力、时间和资源，如何快速优化吸波材料的阻抗匹配特性是一个极具挑战的问题。“材料基因组计划”的提出为缩短材料开发周期、大幅降低研发成本及提高新型功能材料性能提供了灵感，如何利用这一概念开发新型高性能电磁波吸收材料也备受相关研究者关注。

  近日，浙江理工大学朱曜峰副教授、傅雅琴教授课题组和西南交通大学孟凡彬副教授合作在高性能吸波材料的设计上取得了突破，研究基于介电损耗型吸波材料建立的介电常数衰减评估图，借助理想介电常数关系寻求最优阻抗匹配组分，大大缩减了调节复合吸波材料阻抗匹配特性的实验周期。该项研究以“Well-matched impedance of polypyrrole-loaded cotton non-woven fabric/polydimethylsiloxane composite for extraordinary microwave absorption”为题发表在Composites Science and Technology上 (DOI: /10.1016/j.compscitech.2020.108246) 。

PPy/CNFs/PDMS制备流程及微波吸收机制示意图

  该工作以“材料基因组工程”为灵感，通过分析电磁参数与电磁波衰减之间的数据关系，建立了以介电损耗型吸波材料为基础的介电常数衰减评估图，并依据介电常数衰减评估图选择聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为阻抗匹配优化组分，采用简单的“原位聚合-真空辅助”工艺制备PPy/CNFs/PDMS复合吸波体，引入PDMS后的复合吸波体介电常数曲线接近于理想吸波材料介电常数关系曲线，其电磁波吸收性能在匹配厚度为4mm时达到-25dB，有效吸收频段覆盖整个X波段。此外，研究利用拱形法测试PPy/CNFs/PDMS复合吸波体在不同入射角度下的反射率，结果表明，当电磁波入射角度为30°时，PPy/CNFs/PDMS复合吸波体表现出优良的电磁波吸收特性，最低反射损耗达-21.2dB，相比于PPy/CNFs复合材料（最低反射损耗未达到-10dB），PDMS的引入优化了复合材料的阻抗匹配特性，进一步提高了复合材料的吸波性能。这一研究结果表明，介电常数衰减评估图的建立为开发高性能吸波材料提供了可靠的数据支持。

  该工作由浙江理工大学硕士生史伊媛、博士生俞璐军在朱曜峰副教授和傅雅琴教授的指导下完成。研究工作得到了西南交大孟凡彬副教授的全程指导，以理论计算模型指导实际材料开发，加快新型高性能吸波材料的研发速率，并提高吸波材料微波吸收效率。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108246