近日，東華大學紡織學院許福軍教授團隊在吸波復(fù)合材料領(lǐng)域取得新進展。雷達吸波材料(RAM)可以將入射電磁能量轉(zhuǎn)化為歐姆損耗，實現(xiàn)雷達隱身，已在許多先進飛機上得到應(yīng)用。理想的RAM應(yīng)具有吸收帶寬、重量輕、機械強度好的特點。三維機織間隔復(fù)合材料材料(3DWSC)具有多維性和可嵌入性的特點，是作為高性能電磁波吸收材料的理想設(shè)計平臺。

本文以碳納米管作為材料介電性能調(diào)控因子，制備介電性能可調(diào)控的碳納米管/環(huán)氧樹脂泡沫，并以三維機織間隔織物作為骨架，開發(fā)兼具承載能力的三維機織間隔織物增強碳納米管/環(huán)氧泡沫復(fù)合材料。該復(fù)合材料力學性能優(yōu)異，在30J能量的沖擊下仍保持完整結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明在4 ~ 18GHz頻率范圍內(nèi)該復(fù)合材料有5.5GHz的有效吸收帶寬，且在10GHz時的雷達散射面積(RCS)僅為同尺寸碳纖維復(fù)合材料的1%。

不同含量的碳納米管摻雜到環(huán)氧樹脂發(fā)泡體系當中制備碳納米管/環(huán)氧樹脂泡沫，其介電常數(shù)和介電損耗隨著CNT填料含量增加近乎線性增長，可實現(xiàn)對其介電性能的定量調(diào)控。

在30J沖擊能量下，以碳納米管/環(huán)氧泡沫制備的吸波復(fù)合材料的吸收的能量為26.83J。與普通的三維機織間隔復(fù)合材料相比吸收的能量提高了85.0%，并能夠保持完整結(jié)構(gòu)而不出現(xiàn)明顯破壞。

圖3 吸波復(fù)合材料的沖擊測試

根據(jù)Dallenbach吸波原理，開發(fā)的吸波復(fù)合材料在4-18GHz的頻率范圍內(nèi)具有5.5GHz的有效吸收帶寬(RL<-10dB)，在5.5-18GHz頻率范圍內(nèi)，吸收率可達70%以上。相同尺寸的吸波復(fù)合材料在10GHz時的RCS僅為碳纖維復(fù)合材料的1%。

該成果以“三維編織間隔織物增強碳納米管/環(huán)氧泡沫復(fù)合材料復(fù)合介電常數(shù)建模”（Modulation of complex permittivity of carbon nanotubes/epoxy foam composites reinforced by three-dimensional woven spacer fabric）為題，發(fā)表于《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)》（Composite Structure）雜志。該研究得到國家自然科學基金面上項目，上海市自然科學基金面上項目，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金，東華大學上海現(xiàn)代紡織前沿資助。