3D打印具有寬帶電磁吸收性能的SiC復(fù)合材料

供稿人:劉小棟 連芩
供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

電氣設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生越來越多的電磁（EM）輻射和干擾，導(dǎo)致儀器和無線通信設(shè)備必須承受嚴(yán)重的EM波干擾，阻礙儀器和設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，應(yīng)開發(fā)具有寬范圍和高吸收效率的新型電磁吸收材料，以滿足現(xiàn)代電磁衰減的要求并保護(hù)設(shè)備免受電磁干擾。傳統(tǒng)的電磁吸收材料的制備方法是基于減法制造，因此難以適應(yīng)目前的批量生產(chǎn)和定制成型的制造趨勢(shì)，這極大地限制了電磁吸收材料的應(yīng)用和開發(fā)。

西北工業(yè)大學(xué)成來飛等使用光固化3D打印技術(shù)制造了具有寬帶電磁吸收能力的SiC納米線/丙烯酸樹脂（SiCnw/ACR）復(fù)合材料，通過改變SiC納米線含量和打印層厚來調(diào)整復(fù)合材料的電磁吸收能力。

圖1 光固化理論及樣本微觀形貌

(a)密度

(b)電導(dǎo)率

圖2 光固化樣本密度及電導(dǎo)率

圖2表明，當(dāng)打印層的厚度從25μm增加到100μm時(shí)，密度降低，并且隨著SiCnw的含量從2wt％增加到4wt％，導(dǎo)電率顯著增加。

圖3 SiCnw / ACR復(fù)合材料樣品的反射損耗：（a1-a3）SiCnw的添加量為2wt％，打印層厚分別為25、50和100μm；（b1-b3）SiCnw的添加量為3wt％，打印層厚分別為25、50和100μm；（c1-c3）SiCnw的添加量為4wt％，打印層厚分別為25、50和100μm。

圖3表明，當(dāng)SiCnw含量為3wt%且打印層厚為25-50μm時(shí)，SiCnw / ACR復(fù)合材料的最佳吸收帶寬（EAB）以及對(duì)EM吸收的效率都很高，這主要是由于較高的介電損耗以及材料與自由空間之間的適當(dāng)阻抗匹配引起的。在C頻段（4-8GHz）中，EAB達(dá)到2.9GHz，反射損耗（RL）達(dá)到-34.1dB；在X頻段（8-12GHz），EAB達(dá)到4GHz，覆蓋整個(gè)X頻段，RL達(dá)到-34.5dB；在Ku頻段（12-18GHz）中，EAB超過6GHz，覆蓋了整個(gè)Ku頻段，并且RL達(dá)到-34.7dB。

圖4 SiCnw對(duì)三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度的影響

從圖4可以看出加入SiCnw后，彎曲強(qiáng)度和模量均大大提高，表明SiCnw對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械性能有益。

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