导电高聚物作为隐身材料的研究
日期：2018-11-15 09:07
导电高聚物是由具有共轭π键的高聚物经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料,其导电机制一般认为是掺杂导电高聚物的载流子是孤子、极化子和双极化子等。构成共轭高聚物主链的碳原子有4个价电子,其中3个为a电子,余下的一个价电子为π电子轨道,与聚合物所组成的平面相垂直。随x体系的扩大,被电子占据的π成键轨道和空的π反键轨道之间的能隙减小,经过掺杂,形成激发态,受电场的作用时电子定向极化形成电流。
导电高聚物有相对高的电导率σ和介电常数ε以及易于通过化学加工来控制σ和ε,电导率可在绝缘体、半导体和金属态范围内变化,电磁参量依赖于高聚物的主链结构、室温电导率、掺杂剂、掺杂度、合成方法和条件等因素。导电高聚物的吸波性能与其电磁参数如介电常数、电导率等因素有关,其对电磁波的吸收主要是依靠电损耗和介电损耗。导电高聚物在雷达波的作用下,一方面材料被反复极化,分子电偶极子力图跟上场的振荡而受到分子摩擦:另一方面由于材料电导率不为零,在材料中形成感应电流而产生焦耳热,从而使得电磁波能量被耗散。材料良好的电导率有利于电磁波的吸收,但高的电导率同时会增加材料表面对电磁波的反射。导电高聚物的电导率通过化学方法极易调节,可获得吸波材料所需的最佳电导率。
自20世纪90年代开始,美、法、日等国相继开展了导电高物雷达吸收材料的研究,设想将其作为未来隐身战斗机及侦察机的“灵巧蒙皮”,及巡航导弹头罩上的可逆智能隐身材料等。法国研究了聚吡咯、聚苯胺、聚-3辛基噻吩在0~20GHz内的雷达波吸收性能,发现吸波性能随雷达波频率变化而变化,平均衰减值为-8dB,最大衰减值可达到-36.5dB,且频宽为3.0GHz。成功地用化学氧化法在纸基质上制备大面积的聚吡咯膜,该膜具有很好的柔韧性,在雷达波X波段表现了极好的吸收性能和宽频吸收特性,材料阻抗和吸波特性随频率和人射角变化。利用十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺与乙丙橡胶共混制成的复合材料厚度3mm,在X波段反射率低于-6dB,峰值达到-15dB。
导电高聚物作为一种新型的吸波材料,质量轻、力学性能好、组成与结构容易控制、电导率变化范围很宽,在电磁波吸收方面显示出很强的设计适应性。在较早的研究中表明,单独的导电聚合物材料吸收频带较窄,为适应未来隐身材料高效、宽带、质量轻、适应性强的特点,还需改善导电高聚物的磁损耗性能。发现可以将导电高聚物与无机磁损耗物质复合来提高导电高聚物的磁损耗性能,使其兼具电损耗与磁损耗的性能,展宽吸收频带。另外,导电高聚物放置在大气中,它的室温电导率会随时间页还渐降低,而且掺杂剂本身不稳定,也影响了导电高聚物的适用温度范围。
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