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Mar 20, 2024

고분자

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 267(2023) 이 기사 인용 1099 액세스 2 인용 지표 세부 정보 고온 가혹한 환경에 대한 전자파 흡수 재료는 매우

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 267(2023) 이 기사 인용

1099 액세스

2 인용

측정항목 세부정보

고온의 열악한 환경을 위한 마이크로파 흡수 재료는 공기역학적으로 가열된 부품과 항공기의 엔진 연소로 인한 과열점에 매우 바람직합니다. 본 연구는 ZrB2/ZrO2의 코어-쉘 나노상 구조로 강화된 폴리머 유래 SiOC로 만들어진 공기 중 우수하고 안정적인 고온 마이크로파 흡수를 갖는 세라믹 복합재를 보고합니다. 제작된 세라믹 복합재는 ZrB2와 SiOC 도메인 사이에 결정화된 t-ZrO2 인터페이스를 가지고 있습니다. 세라믹 복합재는 안정적인 유전 특성을 나타내며 실온에서 900°C까지의 온도 변화에 상대적으로 둔감합니다. 반사 손실은 상승된 온도에서 특히 28~40GHz 사이에서 -10dB를 초과합니다. 안정적인 고온 전자기(EM) 흡수 특성은 ZrB2/ZrO2의 코어-쉘 나노상 구조에 의해 유도된 안정적인 유전체 및 전기적 특성에 기인합니다. 결정화된 t-ZrO2는 ZrB2와 SiOC 사이의 나노규모 유전체 인터페이스 역할을 하며, 이는 편광 손실 및 흡수를 향상시키기 위한 EM파 도입에 유리합니다. 또한 t-ZrO2 인터페이스의 존재는 ZrB2 및 SiOC 단독의 전도성과 비교할 때 ZrB2/SiOC 세라믹 복합재의 온도 의존적 ​​DC 전도성을 변경합니다. 열역학적, 제트 흐름, 열 충격 및 수증기 테스트의 실험 결과는 개발된 세라믹 복합재가 열악한 환경에서 높은 안정성을 가지며 고온 광대역 마이크로파 흡수 구조 재료로 사용될 수 있음을 보여줍니다.

고온 마이크로파 흡수 재료는 헤드 콘, 엔진 흡입구 및 배기 노즐, 에어로쉘과 같은 초음속 및 극초음속 시스템의 공기역학적으로 가열된 부품에 큰 관심을 끌고 있습니다. 이러한 재료는 전자기(EM)파를 소멸시켜 레이더 신호를 줄이는 데 사용됩니다1,2,3. 위의 응용 분야에서는 재료가 산화에 저항할 뿐만 아니라 고온에서 우수한 마이크로파 흡수를 유지해야 합니다. 상대적으로 낮은 밀도와 우수한 고온 저항으로 인해 세라믹 재료는 이러한 응용 분야에 가장 적합한 재료로 간주됩니다. 현재, 마이크로파 흡수 세라믹에는 폴리머 유래 경로를 통한 산화물 기반 세라믹과 비산화물 기반 세라믹(SiC, SiCN 및 Si3N4)이 포함됩니다. 예를 들어, SiC/SiO2 복합재는 X 밴드4에서 500°C에서 2.8mm 두께에서 4.2GHz의 유효 흡수 대역폭(EAB, < - 10dB)을 나타냈습니다4. Cf/SiCNFs/Si3N4 복합재는 두께 2mm5에 대해 800°C에서 반사 손실(RL)이 -20.3dB만큼 낮았습니다. SiCf/SiC 복합재의 EAB는 X 밴드6의 경우 600°C에서 2.5mm 두께에서 2.8GHz입니다.

이러한 세라믹 또는 세라믹 복합재 중에서 고분자 유래 세라믹(PDC)은 조정 가능한 전기 및 유전 특성과 상대적으로 낮은 가공 온도, 고온에서의 우수한 내산화성 및 유연성으로 인해 유망한 고온 EM 흡수 세라믹으로 간주됩니다. 설계 및 제조7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. 폴리머 유래 SiC의 평균 반사율은 나노결정질 SiC 및 자유 탄소 나노도메인의 형성으로 인해 ~ - 9.9dB입니다. PDC의 마이크로파 흡수를 더욱 향상시키기 위해 전기 전도성 상을 매트릭스에 통합하여 전도 손실을 개선했습니다. 예를 들어, MWCNT를 첨가한 후 PDC-SiBCN의 최소 RL은 X-밴드에서 3GHz의 EAB로 -32dB에 도달하여 동일한 온도에서 처리된 SiBCN보다 더 나은 파동 흡수 능력을 나타냅니다. SiC/SiOC 세라믹의 최소 RL은 8.6GHz에서 -61dB에 도달했고 가장 넓은 EAB는 X-밴드18에서 3.5GHz에 도달했습니다.

더 높은 온도 응용을 위해 HfC 및 ZrB2와 같은 전기 전도성 초고온 세라믹(UHTC)이 PDC에 도입되었습니다. 왜냐하면 이 세라믹은 우수한 전기 전도성뿐만 아니라 초고융점, 고온 특성도 갖기 때문입니다. 기계적 성질 유지, 내식성 우수, 고온 내산화성 우수. 예를 들어, 폴리머 유래(SiC/HfC/C)/SiO2 복합재의 EAB는 3.33mm14 두께에서 X 밴드의 72%를 덮습니다. 폴리머 유래 SiOC-ZrB2 복합재의 EAB는 실온(RT)19에서 3mm 두께로 전체 Ka 밴드를 덮습니다.