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湖南大學Fei Han等--在垂直取向 SiC 涂層碳纖維/硅樹脂復合材料中集成高效熱通道構建和結構波吸收設計

為了匹配電子設備日益小型化、集成化的發展，對熱導-微波吸收集成材料（HCMWAIM）的電磁波吸收（EWA）和熱導率（Tc）提出了更高的要求，以克服電磁波（EMW）污染和熱積累的問題。本文采用簡單有效的剪切力誘導技術在硅樹脂基體中構建碳/磁隔離網絡，其中鐵氧體顆粒均勻分散在垂直取向的SiC包覆碳纖維陣列中。受益于陣列中CFs@SiC的有序互連，制備的復合材料具有7.86 W m−1 K−1的高Tc。在CFs@SiC陣列中引入磁性鐵氧體顆粒可以誘導電磁耦合，優化阻抗匹配，增強EMW衰減。 V-CFs@SiC/鐵氧體隔離網絡結構的協同作用使復合材料在厚度為 1.5 毫米時具有出色的 5.88 GHz 有效吸收帶寬 (EAB) 和最小反射損耗 (RLmin) -47.5 dB。此外，制備的復合材料在 35psi 的壓力下表現出出色的彈性壓縮率 43.2% 和回彈率 45.1%。該策略為在現代電子設備中制備高性能 HCMWAIM 提供了獨特的理解。

圖 1. V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的制備和特性。（a）V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的制備示意圖。（b）CFs@SiC 的 SEM 圖像以及 C 和 Si 元素分布的相關 EDS 映射。（c）CFs@SiC 和純 CFs 的 XRD。（d）CFs@SiC 和純 CFs 的拉曼光譜。（e）CFs@SiC 的 XPS。（f）V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的橫截面 SEM 圖像。（g）V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的偏光顯微鏡圖像和 CFs@SiC 的嵌入直方圖取向角分布。（h）大倍率下 V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的橫截面 SEM 圖像。（i）V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的頂視圖 SEM 圖像。

圖 2. V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的傳熱性能。 (a) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料制造的導熱示意圖。 (b) 純 SR、V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料和 R-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的 Tc 和熱阻。 (c) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 的溫度相關 Tc。 (d) 我們的研究與之前報道的 Tc 的比較。 (e) 純 SR、V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料和 R-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的紅外熱像。

圖 3. V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的機械性能。 (a) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的壓縮恢復過程。 (b) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的柔韌性。 (c) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 和 R-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的壓縮率和 (d) 回彈率隨壓力的變化。 (e) 純 SR、V-CFs@SiC/Ferrite/SR 和 R-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的硬度。 (f) 本研究與熱界面材料市場上產品的硬度、Tc 和 (g) 壓縮率比較。

圖 4. CFs/Ferrite/SR 復合材料的 EMW 吸收性能。計算得出的 (a1)、(a2) V-CFs/Ferrite/SR；(b1)、(b2) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 和 (c1)、(c2) R-CFs@SiC/Ferrite/SR 的理論 RL 曲線。(d) CFs/Ferrite/SR 復合材料的衰減常數 (α)。(e) 涵蓋 Tc、EAB、RLmin 和厚度的綜合性能比較。

圖 5. 復合材料電磁參數的頻率依賴性。(a) ε′、(b) ε′′、(c) tan εe、(d) μ′、(e) μ′′ 和 (f) tan μe 三個樣品。(g) V-CFs/Ferrite/SR、(h) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 和 (i) R-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料在不同厚度下的 RL 和阻抗匹配特性。

圖6. V-CFs@SiC/Ferrite/SR復合材料的電磁波吸收機制。

圖 7. (a) PEC 基板、覆蓋有 (b) V-CFs/Ferrite/SR 復合材料的 PEC 基板、(c) V-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料和 (d) R-CFs@SiC/Ferrite/SR 復合材料的 PEC 基板的 CST 模擬結果的 3D RCS 圖。 (e) 不同掃描角度下樣品的模擬 RCS 值。 (f) 特定檢測角度下的 RCS 減少值。

相關科研成果由湖南大學Fei Han等人于2024年發表在Composites Science and Technology（https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110683）上。原文：Integrating high-efficiency thermal channel construction and structural wave absorption design within vertically oriented SiC-coated carbon fibers/silicone resin composites
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110683

摘自《石墨烯研究》公眾號



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