碳纳米管吸波复合材料取得新进展

近日，东华大学纺织学院许福军教授团队在吸波复合材料领域取得新进展。雷达吸波材料(RAM)可以将入射电磁能量转化为欧姆损耗，实现雷达隐身，已在许多先进飞机上得到应用。理想的RAM应具有吸收带宽、重量轻、机械强度好的特点。三维机织间隔复合材料材料(3DWSC)具有多维性和可嵌入性的特点，是作为高性能电磁波吸收材料的理想设计平台。

本文以碳纳米管作为材料介电性能调控因子，制备介电性能可调控的碳纳米管/环氧树脂泡沫，并以三维机织间隔织物作为骨架，开发兼具承载能力的三维机织间隔织物增强碳纳米管/环氧泡沫复合材料。该复合材料力学性能优异，在30J能量的冲击下仍保持完整结构。计算结果表明在4 ~ 18GHz频率范围内该复合材料有5.5GHz的有效吸收带宽，且在10GHz时的雷达散射面积(RCS)仅为同尺寸碳纤维复合材料的1%。

不同含量的碳纳米管掺杂到环氧树脂发泡体系当中制备碳纳米管/环氧树脂泡沫，其介电常数和介电损耗随着CNT填料含量增加近乎线性增长，可实现对其介电性能的定量调控。

在30J冲击能量下，以碳纳米管/环氧泡沫制备的吸波复合材料的吸收的能量为26.83J。与普通的三维机织间隔复合材料相比吸收的能量提高了85.0%，并能够保持完整结构而不出现明显破坏。

图3 吸波复合材料的冲击测试

根据Dallenbach吸波原理，开发的吸波复合材料在4-18GHz的频率范围内具有5.5GHz的有效吸收带宽(RL<-10dB)，在5.5-18GHz频率范围内，吸收率可达70%以上。相同尺寸的吸波复合材料在10GHz时的RCS仅为碳纤维复合材料的1%。

该成果以“三维编织间隔织物增强碳纳米管/环氧泡沫复合材料复合介电常数建模”（Modulation of complex permittivity of carbon nanotubes/epoxy foam composites reinforced by three-dimensional woven spacer fabric）为题，发表于《复合材料结构》（Composite Structure）杂志。该研究得到国家自然科学基金面上项目，上海市自然科学基金面上项目，中央高校基本科研业务费专项资金，东华大学上海现代纺织前沿资助。