3D打印具有宽带电磁吸收性能的SiC复合材料

供稿人:刘小栋 连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

电气设备的运行会产生越来越多的电磁（EM）辐射和干扰，导致仪器和无线通信设备必须承受严重的EM波干扰，阻碍仪器和设备的安全运行。因此，应开发具有宽范围和高吸收效率的新型电磁吸收材料，以满足现代电磁衰减的要求并保护设备免受电磁干扰。传统的电磁吸收材料的制备方法是基于减法制造，因此难以适应目前的批量生产和定制成型的制造趋势，这极大地限制了电磁吸收材料的应用和开发。

西北工业大学成来飞等使用光固化3D打印技术制造了具有宽带电磁吸收能力的SiC纳米线/丙烯酸树脂（SiCnw/ACR）复合材料，通过改变SiC纳米线含量和打印层厚来调整复合材料的电磁吸收能力。

图1 光固化理论及样本微观形貌

(a)密度

(b)电导率

图2 光固化样本密度及电导率

图2表明，当打印层的厚度从25μm增加到100μm时，密度降低，并且随着SiCnw的含量从2wt％增加到4wt％，导电率显着增加。

图3 SiCnw / ACR复合材料样品的反射损耗：（a1-a3）SiCnw的添加量为2wt％，打印层厚分别为25、50和100μm；（b1-b3）SiCnw的添加量为3wt％，打印层厚分别为25、50和100μm；（c1-c3）SiCnw的添加量为4wt％，打印层厚分别为25、50和100μm。

图3表明，当SiCnw含量为3wt%且打印层厚为25-50μm时，SiCnw / ACR复合材料的最佳吸收带宽（EAB）以及对EM吸收的效率都很高，这主要是由于较高的介电损耗以及材料与自由空间之间的适当阻抗匹配引起的。在C频段（4-8GHz）中，EAB达到2.9GHz，反射损耗（RL）达到-34.1dB；在X频段（8-12GHz），EAB达到4GHz，覆盖整个X频段，RL达到-34.5dB；在Ku频段（12-18GHz）中，EAB超过6GHz，覆盖了整个Ku频段，并且RL达到-34.7dB。

图4 SiCnw对三点弯曲强度的影响

从图4可以看出加入SiCnw后，弯曲强度和模量均大大提高，表明SiCnw对复合材料的机械性能有益。

参考文献：
[1] Shanshan, Xiao, et al. 3D printed SiC nanowire reinforced composites for broadband electromagnetic absorption[J]. Ceramics International, 2019,45(9):11475-11483.