一种用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡及其制备方法

本发明属于微波吸收，具体涉及一种宽温域微波吸收的纳米纤维毡及其制备方法。

背景技术：

1、随着物联网时代的到来，电磁波作为电子信息传输的关键载体，在现代生活和技术进步中变得不可或缺。然而，电子信息技术的快速发展和数据的指数级增长，导致了各种电磁波频段的严重拥堵和干扰。此外，信息终端的微型化和高集成度导致了显著的热辐射积累，对材料的热管理能力提出了更高的要求。同时，现代军事应用中雷达探测技术的显著进步，对武器装备在恶劣环境中的生存能力和隐身能力也提出了更高的要求。这些挑战迫切需要一种既具有优异电磁性能，又能在高温极端条件下保持稳定的电磁吸收材料。

2、近年来，高温微波吸收材料因其在各种恶劣条件下的卓越表现，得到了广泛的关注。高温吸收材料的性能不仅取决于其本身的电磁性质，还取决于其在高温环境中的热稳定性。通过合理的材料组成设计与结构优化，能够有效调控材料的电磁参数，从而提升微波吸收性能。例如，cf/sic纳米纤维材料在高温范围内展示了优异的微波吸收性能。然而，现有材料的电磁性能对温度变化非常敏感，在剧烈的温度波动条件下，难以保持稳定的吸收性能。尤其是传统的单组分碳基陶瓷材料，尽管具备良好的高温稳定性和机械强度，但其简单的电磁损耗机制和较弱的抗氧化性能，容易导致阻抗失配，从而限制了其在宽温度范围内的进一步应用。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明一方面提供了一种用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡，纳米纤维毡包括纳米纤维，纳米纤维由sic和tic纳米晶组成，还包括sitioc非晶态纳米层，sitioc非晶态纳米层包覆纳米纤维。

2、在本发明的纳米纤维毡中，sic和tic作为主要的微波损耗单元，通过提供界面极化、多重散射和导电网络，显著增强了材料的电磁波吸收能力。具体地，tic的引入不仅防止了sic纳米晶体的团聚，还通过界面极化和多重散射效应，增加了电磁波在材料内部的反射和散射机会。这种多重散射和界面极化效应能够有效地提高材料的微波吸收能力。在高温环境中，sitioc作为抗氧化单元，形成了一层非晶态形的保护膜，这一层sitioc纳米层能够有效地阻止氧气向纤维内部的扩散，防止sic和tic在高温条件下被氧化，从而确保了材料在高温下的长期稳定性。另外，在宽温度范围内，材料表现出稳定的介电常数（包括实部和虚部），这归因于sic、tic和sitioc之间的相互作用，尤其是tic的引入，在高温条件下能够维持较高的导电性，从而增强了材料的介电损耗。同时，sic和tic纳米晶体均匀分布在纤维中，形成稳定的导电网络，这使得材料在宽温域内具有良好的微波损耗能力。

3、更进一步地，纳米纤维的直径为300纳米至800纳米。

4、更进一步地，sitioc层的厚度为2-4纳米。

5、另一方面，本发明提供了一种用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，包括如下步骤：

6、步骤1、将聚碳硅烷和乙酸丙酮氧钛溶解在四氢呋喃中，搅拌得到均匀的第一前驱体溶液；将聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙醇中，搅拌得到均匀的第二前驱体溶液；

7、步骤2、将第一前驱体溶液和第二前驱体溶液缓慢倒入三颈烧瓶中，磁力搅拌得到稳定的前驱体纺丝溶液；

8、步骤3、将前驱体纺丝溶液吸入注射器中，注射器连接针头，排出气泡后放入静电纺丝设备中；

9、步骤4、完成纺丝后，将获得的前驱体纤维从滚筒收集器上剥离后，放入烘箱中保温，得到热固化后的纤维；

10、步骤5、将热固化后的纤维放入管式炉中进行高温热解，将聚碳硅烷和乙酸丙酮氧钛转化为sic和tic，同时在纤维表面原位形成sitioc层。

11、更进一步地，在步骤3中，静电纺丝的推进速度为0.002mm/s。

12、更进一步地，在步骤3中，纺丝针头与滚筒收集器之间的距离为15cm。

13、更进一步地，在步骤3中，针头为不锈钢针头，针头的直径为0.9mm。

14、更进一步地，在步骤4中，从室温加热到1100℃，升温速率为3℃/分钟；从1100℃继续加热至设定的热处理温度的升温速率为2℃/分钟，在设定的热处理温度下保持2小时，然后以2℃/分钟的速率冷却至200℃，并最终自然冷却至室温。

15、更进一步地，在步骤4中，热解过程在氩气气氛下进行。

16、更进一步地，在步骤4中，纤维厚度大于0.7mm、小于0.9mm。

17、本发明的有益效果：

18、（1）本发明的纳米纤维毡在293k到873k的宽温度范围内，保持了稳定的微波吸收性能，最小反射损耗达-45.55db，有效吸波带宽为3.6ghz，满足高温条件下的应用需求。

19、（2）纳米纤维表面形成的sitioc非晶态膜层有效阻止了氧气向纤维内部的扩散，增强了材料在高温下的抗氧化能力，确保材料在高温环境中具备较好的热稳定性和使用寿命。

20、（3）在本发明中通过调控tic的含量，可以优化材料的阻抗匹配性能，使电磁波能够更好地进入材料内部，减少反射，提高微波吸收效率。

21、（4）本发明的纳米纤维毡通过静电纺丝和高温热解工艺制备，工艺相对简单，易于规模化生产，适用于大规模工业应用。

22、综合以上有益效果，本发明在微波吸收技术领域具有良好的应用前景。

1.一种用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡，所述纳米纤维毡包括纳米纤维，其特征在于：所述纳米纤维由sic和tic纳米晶组成，还包括sitioc非晶态纳米层，所述sitioc层包覆所述纳米纤维。

2.如权利要求1所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡，其特征在于：所述纳米纤维的直径为300纳米至800纳米。

3.如权利要求3所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡，其特征在于：所述sitioc层的厚度为2-4纳米。

4.一种用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤3中，静电纺丝的推进速度为0.002mm/s。

6.如权利要求5所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤3中，纺丝针头与滚筒收集器之间的距离为15cm。

7.如权利要求6所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤3中，所述针头为不锈钢针头，所述针头的直径为0.9mm。

8.如权利要求7所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤4中，从室温加热到1100℃，升温速率为3℃/分钟；从1100℃继续加热至设定的热处理温度的升温速率为2℃/分钟，在设定的热处理温度下保持2小时，然后以2℃/分钟的速率冷却至200℃，并最终自然冷却至室温。

9.如权利要求8所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤4中，热解过程在氩气气氛下进行。

10.如权利要求9所述的用于宽温域微波吸收的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤4中，纤维厚度大于0.7mm、小于0.9mm。