3D打印具有寬帶電磁吸收性能的SiC復合材料

供稿人:劉小棟 連芩
供稿單位：機械制造系統工程國家重點實驗室

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

西北工業(yè)大學成來飛等使用光固化3D打印技術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）復合材料，通過改變SiC納米線含量和打印層厚來調整復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)電導率

圖2 光固化樣本密度及電導率

圖2表明，當打印層的厚度從25μm增加到100μm時，密度降低，并且隨著SiCnw的含量從2wt％增加到4wt％，導電率顯著增加。

圖3 SiCnw / ACR復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SiCnw含量為3wt%且打印層厚為25-50μm時，SiCnw / ACR復合材料的最佳吸收帶寬（EAB）以及對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阻抗匹配引起的。在C頻段（4-8GHz）中，EAB達到2.9GHz，反射損耗（RL）達到-34.1dB；在X頻段（8-12GHz），EAB達到4GHz，覆蓋整個X頻段，RL達到-34.5dB；在Ku頻段（12-18GHz）中，EAB超過6GHz，覆蓋了整個Ku頻段，并且RL達到-34.7dB。

圖4 SiCnw對三點彎曲強度的影響

從圖4可以看出加入SiCnw后，彎曲強度和模量均大大提高，表明SiCnw對復合材料的機械性能有益。

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