3D打印“带天线球面”分层SiC纳米线/SiC晶须泡沫，用于高效的高温电磁波吸收

供稿人：王正 王玲 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

随着高超音速飞机和空间探测技术的发展，尖端航空航天应用的一些热端组件需要在非常恶劣的环境中具有出色的电磁波吸收能力。大多数吸波材料致力于在室温下实现更宽的有效吸收带宽，更低的反射系数，更低的密度和更小的厚度。然而，很少有工作来研究这些吸波材料在高温下的吸波能力或介电常数，特别是在氧气存在的情况下。因此，挑战仍然存在于如何设计初即使在高温和氧化环境中也能保持出色吸波性能的吸波材料。

为了研究上述问题，西北工业大学Xinyuan Lv等开发了一种独特的“带天线球面”分层结构的SiC纳米线/SiC晶须泡沫具有高效的高温电磁吸波性能。在结构中，一维（1D）SiC组装成三维 （3D） 多孔SiC球体，见图1。既增强了泡沫的强度，又构建了导电网络，促进了电磁吸波能力。此外，球内和球间大量的孔会降低轻质的密度。

图1 SiC纳米线/SiC晶须泡沫的制备工艺图

SiC纳米线径向分布在球体上可以充当“微天线”来接收电磁波，见图2结构。其次，电子将被困在球体和SiC网络以实现多次反射，直到耗尽。泡沫中丰富的连接接口可以诱导偶极极化以衰减电磁波。接口使自由电荷在界面处积聚和振荡，在交变电磁场下形成电偶极矩，从而增强界面极化。特别的是，如果SiC泡沫被氧化，SiC的异质界面可以增强多个接口极化以消耗电子。

图2 “带天线球面”分层结构的电磁吸波机制示意图

SiC纳米线/SiC晶须泡沫的介电常数ε值随着温度从100°C上升到600°C，从3.8增加到6.7，而SiC晶须泡沫的介电常数ε值从 0.8 略微增加到 1.2（图 3（a）（b））。可证明SiC纳米线有效连接到SiC晶须球体，形成一个完整的 3D 导电网络。此外，介电常数的增加意味着偶极矩对温度升高的交变电磁场的反应更快，表明弛豫时间的减少。

两种泡沫的吸波损失能力也随温度不同程度增强。SiC纳米线/SiC晶须泡沫的正切损耗tanδ值从 0.46 增加到 0.61，而SiC晶须泡沫相应的从 0.17 到 0.2图 3（c）。图3（d）和（e）显示了两种泡沫在不同温度（100–600 °C）下的最佳厚度下的反射损耗（RC）和有效吸波带宽（RC<-10dB的吸波频带）。如图3（d）所示，有效吸波带宽在100°C时可以达到4.1 GHz（从8.3 GHz到12.4 GHz），而其有效吸波带宽和反射损耗两者都随着温度的升高而降低，这主要是由于介电常数的上升导致。

图3 SiC纳米线/SiC晶须泡沫和SiC晶须泡沫的高温吸波性能（a）ε'（b）ε“和（c）tanδ（d） 碳化硅的RC和EAB。（e） 碳化硅的RCw不同温度下的泡沫。

参考文献：
X Lv, F Ye, L Cheng, & L Zhang. 3D printing "wire-on-sphere" hierarchical SiC nanowires/SiC whiskers foam for efficient high-temperature electromagnetic wave absorption.