張文婷　李家強　張禮穎

摘要：? ? ? 隨著雷達探測技術(shù)在軍事領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用， 航空飛行器等軍事作戰(zhàn)武器在復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境中受到了嚴重的威脅。 發(fā)展具有壓縮彈性和吸波性能一體化的復(fù)合材料， 使其在雷達探測內(nèi)達到高機動、? 高巡航和隱身特性是提高其生存能力和軍事作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵措施之一。 本文重點綜述了彈性聚合物基吸波復(fù)合材料的吸波機制， 分析了影響吸波性能和壓縮性能的各種因素， 并對未來彈性聚合物基吸波復(fù)合材料的發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：? ? ?聚合物基； 吸波復(fù)合材料； 彈性性能； 吸波性能； 研究進展; 飛行器中圖分類號：? ? ? TJ760; V257

文獻標識碼：? ? A文章編號：? ? ?1673-5048（2023）02-0031-11

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2022.0160

0引言

在現(xiàn)代軍事作戰(zhàn)中， 航空飛行器［1-2］特別是遠程戰(zhàn)略轟炸機［3］、? 隱形戰(zhàn)斗機［4］、? 巡航導彈［5］、? 空空導彈［6-7］等受到敵方雷達探測帶來的威脅越來越大，? 發(fā)展高效電磁波吸收材料（以下簡稱為吸波材料）對實現(xiàn)軍事武器的雷達隱身， 提高空中作戰(zhàn)能力具有舉足輕重的意義。 吸波材料是將電磁波產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為熱能等其他形式的能量耗散出去， 從而達到有效控制電磁波的目的［8-10］。 通過使用吸波材料能夠有效降低電磁波的反射率， 實現(xiàn)飛行器的雷達隱身。 因此， 在飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用高性能吸波材料成為隱身技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展， 飛行器將跨速域、? 跨空域使用， 高速度、? 高機動等特點將帶來愈加嚴酷和復(fù)雜的動力學環(huán)境［11］。 新一代高超聲速飛行器因其在飛行過程中飛行馬赫數(shù)高、? 飛行環(huán)境復(fù)雜， 承受著嚴重的氣動載荷和氣動熱載荷， 其結(jié)構(gòu)彈性力與慣性力、? 氣動力及熱效應(yīng)之間產(chǎn)生耦合作用， 導致結(jié)構(gòu)在一定程度上發(fā)生變形， 從而引發(fā)氣動彈性問題， 進而影響飛行器的飛行特性［12］。 顫振是一種典型的氣動彈性問題， 當顫振發(fā)生時， 飛行器結(jié)構(gòu)的振動幅值會增大， 機身結(jié)構(gòu)彈性振動會導致飛行器結(jié)構(gòu)材料的性能被破壞并帶來災(zāi)難性的后果［13］。 因此， 在飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 保證飛行器具備優(yōu)異隱身性能的同時， 開發(fā)高效彈性阻尼減振材料， 進而實現(xiàn)飛行器隱身性能和結(jié)構(gòu)彈性動力學性能一體化變得尤為重要。

材料在發(fā)生彈性形變時， 其分子間結(jié)合力會發(fā)生拉長， 縮小或者旋轉(zhuǎn)［14］。 金屬材料在外力作用下可以發(fā)生彈性變形， 但變形程度小， 且密度大、? 耐腐蝕性能差， 變形后會導致飛行器零件強度發(fā)生變化。 陶瓷材料在外力作用下也可以發(fā)生微小的彈性變形， 但其脆性遠高于壓縮彈性。 而聚合物材料是由結(jié)構(gòu)簡單的鏈節(jié)構(gòu)成長鏈分子［15］， 其特性具有優(yōu)異的耐候、? 耐高溫、? 耐腐蝕等優(yōu)點， 同時由于其自身具有良好的內(nèi)阻尼及高彈性， 當受到外力作用時可實現(xiàn)較大的彈性變形， 可以作為結(jié)構(gòu)減振器及能量吸收器， 用于隔離飛行器惡劣的環(huán)境振動和吸收沖擊能量［16］。 因此， 以聚合物材料為骨架， 設(shè)計并制造具有壓縮彈性和吸波性能一體化的彈性聚合物基吸波復(fù)合材料， 在飛行器領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。

一般彈性聚合物吸波復(fù)合材料包括橡膠吸波復(fù)合材料［17-19］、? 凝膠吸波復(fù)合材料［20-22］等。 對于“?。ê穸缺。?、? 輕（質(zhì)量輕）、? 寬（頻帶寬）、? 強（吸收性能強）”的吸波材料而言， 橡膠吸波復(fù)合材料雖然具有一定彈性和可加工性， 但作為隱身材料不可避免地出現(xiàn)密度大、? 質(zhì)量大等缺點； 凝膠吸波復(fù)合材料雖然具有一定的彈性， 但其也具有密度大和隔熱性能差的缺點， 而且還會因細菌或霉菌入侵脫水、? 變質(zhì)， 難以滿足惡劣環(huán)境中飛行器對結(jié)構(gòu)的要求。 因此， 開發(fā)具備質(zhì)量輕、? 力學性能好的新材料， 實現(xiàn)大體積結(jié)構(gòu)彈性變形， 可以在滿足隱身性能的同時， 保證飛行器的高機動性和高巡航速度。

具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性聚合物基吸波復(fù)合材料， 如氣凝膠［23-25］和泡沫［26-27］等， 因其具有孔隙率高、? 輕質(zhì)、? 比表面積大等優(yōu)點， 不僅滿足吸波材料質(zhì)量輕、? 頻帶寬、? 吸波性能高的要求， 還具有優(yōu)異的壓縮回復(fù)性能。 此外， 多孔結(jié)構(gòu)還使復(fù)合材料具有一定的熱防護性能， 在軍事飛行器領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。 因此， 本文綜述的重點是具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性聚合物基吸波復(fù)合材料（以下稱為彈性吸波復(fù)合材料）。 目前， 關(guān)于彈性吸波復(fù)合材料的相關(guān)報道還很少。 因此， 全面綜述彈性吸波復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與吸波性能和彈性性能之間的構(gòu)效關(guān)系， 將有助于實現(xiàn)彈性/吸波功能一體化， 推動彈性吸波復(fù)合材料在飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用。

本文首先闡述了彈性吸波復(fù)合材料設(shè)計依據(jù)， 隨后綜述了彈性吸波復(fù)合材料的吸波性能與壓縮彈性， 并根據(jù)復(fù)合材料體系中吸波填料的類型， 將其分為單一組分及多組分的吸波填料。 總結(jié)了彈性吸波復(fù)合材料的應(yīng)用， 分析影響吸波性能和彈性性能的各種因素。 最后討論了當前彈性吸波復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀， 并對未來其發(fā)展方向進行了展望。

1彈性吸波復(fù)合材料設(shè)計依據(jù)

1.1吸波性能評價

1.2電磁損耗

1.3阻抗匹配

1.4壓縮彈性

復(fù)合材料的壓縮彈性可以通過應(yīng)力-應(yīng)變（σ-ε）曲線來進行有效評估， 一般σ-ε曲線分為三個階段： 線性段、? 屈服平臺段（大部分機械能量消散）和致密化狀態(tài)（也稱作坍塌壓實段， 材料內(nèi)部孔體積變?。?， 如圖1（a）所示。 屈服平臺段可以有效控制應(yīng)力振動幅度， 大幅度吸收能量， 從而減小飛行器各組件相互傳遞的應(yīng)力載荷， 達到保護重要組件的目的［54-56］。 在持續(xù)加載過程中， 復(fù)合材料保持致密化逐漸收縮； 卸載過程中， 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)回彈逐漸回復(fù)原始形態(tài)。 因此， 彈性復(fù)合材料在加載和卸載循環(huán)后依舊保持其宏觀形狀而不會變形。 然而由于能量耗散， 一般在σ-ε曲線上會觀察到滯后回線， 如圖1（b）所示。 影響復(fù)合材料壓縮彈性的因素包括微孔分布、? 微孔排列和孔隙率等。 若微孔分布不均勻， 材料局部剛度變小， 導致施加應(yīng)力過程中微孔局部快速坍塌， 從而導致較低的壓縮彈性； 若孔結(jié)構(gòu)的排列為無序結(jié)構(gòu)會導致材料壓縮彈性較弱， 相比之下， 有序結(jié)構(gòu)可以有效地沿著骨架傳遞應(yīng)力而不會發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌。 若降低材料的孔隙率， 施加應(yīng)力過程中， 材料被迅速壓實， 也會導致較低的壓縮彈性［54， 57-58］。 因此， 設(shè)計并制備微孔分布均勻、? 孔排列有序且高孔隙率的復(fù)合材料是實現(xiàn)其壓縮彈性的優(yōu)選方案。

2彈性聚合物基吸波復(fù)合材料的研究進展

現(xiàn)有報道的純石墨烯和MXene彈性吸波材料， 由于π-π作用［59］、? 氫鍵［60］和靜電作用［61］的弱連接而導致彈性較差， 當對其施加載荷時， 僅壓縮幾次就會出現(xiàn)永久塑性變形［58］。 為了獲得吸波性能優(yōu)異， 壓縮彈性良好的吸波材料， 通常以彈性聚合物材料作為骨架結(jié)構(gòu)， 添加高性能吸波劑作為填料， 通過超臨界干燥、? 化學發(fā)泡和冰晶模板誘導自組裝等方法， 制備具有泡沫或氣凝膠等結(jié)構(gòu)的彈性聚合物基吸波復(fù)合材料。 在此， 本文通過介紹純聚合物彈性吸波材料， 含有單一吸波組份的彈性聚合物基吸波復(fù)合材料以及含有多損耗組份的彈性聚合物基吸波復(fù)合材料， 總結(jié)吸波復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與吸波性能及壓縮彈性之間的關(guān)系， 并闡述相應(yīng)的機理。

2.1純聚合物彈性吸波材料

目前， 關(guān)于純聚合物彈性吸波材料的相關(guān)報道較少。 在最近的一項工作中， Xie等［62］以FeCl3為氧化劑， 采用一種簡便的自組裝聚合方法， 獲得了三維（3D）輕質(zhì)聚吡咯（PPy）氣凝膠， 如圖2（a）所示。 3D-PPy水凝膠在瓶子底部形成， 干燥之后3D-PPy氣凝膠顯示出適當?shù)膲嚎s變形性能， 如圖2（b）所示。 此外， 由于PPy具有良好的導電性， 3D-PPy氣凝膠材料在頻率為6.5 GHz時最小反射損耗（RL_min）約為-25.0 dB， 在厚度為5.0 mm時， 其EAB約為2.6 GHz， 如圖2（c）所示。 Yu等［63］采用簡便的氧化聚合和冰晶誘導自組裝的工藝制備了PPy氣凝膠。 所制備的PPy氣凝膠具有可壓縮性。 在ε=50%時， PPy3（FeCl3與PPy單體的摩爾比為1.5∶1）氣凝膠的σ=18.7 kPa。 同時， 由于氣凝膠3D導電骨架及良好的阻抗匹配特性， 使PPy氣凝膠具有一定的吸波特性。 在頻率為14.0 GHz， 厚度為2.0 mm時， RL_min為-55.0 dB， EAB為5.5 GHz。 然而， 純3D-PPy氣凝膠作為彈性聚合物吸波材料雖然具有一定的壓縮變形性能和吸波性能， 但存在模量降低， 壓縮回復(fù)性能差等缺點。

為滿足多功能高效吸波的要求， 研究人員向聚合物中加入磁損耗型、? 介電損耗型或電阻損耗型的吸波功能填料， 通過磁損耗、? 介電損耗或電阻損耗等損耗機制將入射電磁波的能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量而耗散掉， 是目前研究彈性聚合物基吸波復(fù)合材料普遍采用的方法。

2.2聚合物基-電阻型-彈性吸波復(fù)合材料

碳納米管（CNT）、? 碳納米纖維（CNF）、? 氧化石墨烯（GO）、? 還原氧化石墨烯（RGO）及MXene等一維（1D）和二維（2D）材料作為電阻型吸波填料備受研究學者的關(guān)注， 在此綜述了含有電阻損耗機制的彈性聚合物基復(fù)合材料的吸波性能和壓縮彈性。

2.2.1聚合物基-1D電阻型-彈性吸波材料

1D CNT由于其長徑比高、? 導電性好、? 密度低及比表面積大等優(yōu)點， 是制備彈性聚合物基吸波復(fù)合材料的高性能填料之一。 Zhang等［64］通過冰晶誘導自組裝的方法制備了聚酰亞胺（PI）/CNF復(fù)合氣凝膠。? CNF的加入有效降低了PI氣凝膠的收縮率， 提高了復(fù)合氣凝膠的壓縮模量（CNF的添加量為15.0 wt%時， 復(fù)合氣凝膠的壓縮模量從344.0 kPa提高到684.8kPa）。 此外， 隨著CNF添加量的增加， 進一步提高了復(fù)合氣凝膠的電阻損耗， 使其表現(xiàn)出一定的吸波性能。 在頻率為8.5 GHz， 厚度為5.0 mm時， RL_min約為-9.8 dB。 Xu等［65］通過同樣的方法獲得了具有微波吸收性能的纖維素納米纖維/CNT復(fù)合泡沫， 如圖3（a）所示。 復(fù)合泡沫表現(xiàn)出較高的壓縮回復(fù)性能， 如圖3（b）所示。 在ε＜41.0%時， 復(fù)合泡沫存在線性變形狀態(tài)， 隨著應(yīng)變的增加， 復(fù)合泡沫的孔被壓并逐漸消失出現(xiàn)非線性變形狀態(tài)； ε=75.0%時， σ約為13.0 kPa。 此外， 復(fù)合泡沫在頻率為8.2 GHz、? 厚度為20.0 mm時， RL_min約為-15.0 dB， EAB約為15.7 GHz， 如圖3（c）所示。 復(fù)合泡沫優(yōu)異的寬頻吸收歸因于多孔結(jié)構(gòu)會導致入射電磁波的多重散射， 并且CNT引起的電阻損耗及復(fù)合泡沫在多孔結(jié)構(gòu)中形成的大量異質(zhì)界面增強了介電損耗， 如圖3（d）所示， 從而導致復(fù)合泡沫具有優(yōu)異的寬頻吸波性能。 Ni等［66］通過單向冷凍、? 冰晶誘導自組裝和熱亞胺化工藝， 合成了PI/羧基功能化多壁CNT（PI/MWCNTs-COOH）復(fù)合氣凝膠。 該氣凝膠表現(xiàn)出各向異性的壓縮回復(fù)性能， 施加載荷沿平行氣凝膠孔的方向壓縮， σ隨ε呈線性增加， 外力去除后， 氣凝膠基本回復(fù)到原始狀態(tài)。 沿垂直方向壓縮， σ-ε曲線依次呈現(xiàn)線彈性區(qū)、? 屈服平臺區(qū)和致密化區(qū)， 表現(xiàn)出多孔材料典型的壓縮回復(fù)行為。 在ε=10.0%時， PI/MWCNTs-COOH-10（添加10.0 wt% MWCNTs-COOH）在水平方向壓縮強度為0.4 MPa， 垂直方向的壓縮強度為0.9 MPa， 說明孔結(jié)構(gòu)的排列對材料的壓縮性能有一定的影響。 同時， PI/MWCNTs-COOH復(fù)合氣凝膠展現(xiàn)了一定的壓縮回彈性能。 此外， 電磁波沿水平方向平行于復(fù)合氣凝膠孔時， PI/MWCNTs-COOH-16（添加16.0 wt% MWCNTs-COOH）復(fù)合氣凝膠在12.8 GHz、? 厚度為2.5 mm時， RL_min為-52.0 dB， EAB為6.7 GHz， 這歸因于阻抗匹配和電磁損耗（MWCNTs引起的電阻損耗和異質(zhì)界面引起的界面極化損耗）的協(xié)同作用使其表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能。 以上結(jié)果表明， 通過添加電阻型吸波功能填料能夠增加聚合物基復(fù)合材料的吸波性能， 并且通過調(diào)整孔結(jié)構(gòu)的排列， 可以使其呈現(xiàn)各向異性的壓縮彈性。

2.2.2聚合物基-2D電阻型-彈性吸波材料

2D納米材料， 尤其是GO和MXene， 由于其大的比表面積、? 可調(diào)的電學特性和豐富的官能團， 成為吸波填料的候選材料之一［67］。

Bidsorkhi等［68］以聚偏氟乙烯（PVDF）為聚合物基體， GO為填料， 通過冰晶誘導自組裝的方法制備了PVDF/GO氣凝膠吸波復(fù)合材料， 如圖4（a）所示。? 當添加7.0 wt%的GO時， 復(fù)合氣凝膠的壓縮模量（G7A≈25.0 MPa）大于純PVDF氣凝膠的壓縮模量（G0A≈5.0 MPa）， 說明GO的加入有效提高了復(fù)合氣凝膠的力學性能， 如圖4（b）所示。 同時， 復(fù)合氣凝膠還表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能。 在頻率約為12.5 GHz、? 厚度為2.2 mm時， RL_min約為-65.0 dB， EAB約為4.0 GHz， 如圖4（c）所示。 Wang等［27］設(shè)計了復(fù)合材料的梯度結(jié)構(gòu)， 制備了熱塑性聚氨酯（TPU）/GO多孔復(fù)合材料。 復(fù)合材料具有較強的抗壓性和優(yōu)異的壓縮回彈性， 在ε=70.0%時， σ=572.7 kPa。 同時， 復(fù)合材料還具有一定的吸波性能， 在頻率為17.0 GHz、? 厚度為6.0 mm時， 復(fù)合材料的RL_min為-52.1 dB， EAB為4.4 GHz。 Zhou等［69］采用冰晶誘導自組裝和退火兩步法成功制備了PI/芳綸納米纖維（ANF）/RGO（PI/ANF/RGO）復(fù)合氣凝膠。 結(jié)果表明， 當添加10.0 wt%的RGO時， PI/ANF/RGO-10氣凝膠在50.0%應(yīng)變下的應(yīng)力可達60.0 kPa， 這源于ANF和PI增強了RGO片之間的結(jié)合力， 使其具有優(yōu)異的壓縮穩(wěn)定性。 同時， 當添加15.0 wt%的RGO時， PI/ANF/RGO-15復(fù)合氣凝膠在電阻損耗、? 偶極極化損耗和界面極化損耗的協(xié)同效應(yīng)下， 使其在頻率為10.8 GHz， 厚度為5.5 mm時， RL_min達到-41.0 dB， EAB為4.0 GHz。

MXene是一種新型的二維納米材料， 表面具有豐富的官能團（OH，? O或F基團）。 與石墨烯相比， MXene具有相對較低的電阻率使其在電阻損耗方面比GO更有優(yōu)勢［70］。 但由于MXene易于氧化及MXene納米片之間的范德華力較弱， 很難構(gòu)建獨立的、? 機械柔性的3D框架。 Yang等［71］采用單向冰晶誘導自組裝的方法制備了各向異性的明膠@Mxene（G@M）納米復(fù)合氣凝膠。 輕質(zhì)G@M氣凝膠表現(xiàn)出各向異性的壓縮回復(fù)性能， 在ε=40.0%時， 添加15.0 wt%的MXene時， 壓縮強度（G@M-15≈16.0 kPa）為垂直方向（G@M-15≈4.0 kPa）的2～4倍。 但在平行孔的方向壓縮40.0%時， 出現(xiàn)了一定的殘余應(yīng)變， σ-ε曲線觀察到明顯的滯后曲線， 垂直方向壓縮， 表現(xiàn)出良好的壓縮回復(fù)特性。 各向異性的力學性能源于在平行方向壓縮壓力由垂直排列剛性MXene納米片壁支撐， 施加載荷時MXene納米片壁分裂和斷裂不可恢復(fù)。 沿垂直方向壓縮時， 壓力會分散到垂直方向由彈性明膠連接的隨機分布的MXene納米片壁上， 導致相對較弱的壓縮強度， 但具有出色的壓縮應(yīng)變回復(fù)能力。 此外， 單向排列的MXene納米片賦予復(fù)合氣凝膠優(yōu)異的電阻損耗及極化損耗， 同時多孔結(jié)構(gòu)進一步促進電磁波的多重反射和散射， 優(yōu)化了阻抗匹配， 使復(fù)合氣凝膠表現(xiàn)出各向異性的吸波特性。 當添加45.0 wt%的MXene時， G@M-45在14.0 GHz， 厚度為2.0 mm處RL_min為-59.5 dB， EAB為6.24 GHz。

此外， Liu等［24］用PI大分子橋接單個MXene納米片構(gòu)建了3D PI/MXene氣凝膠。 在ε=50.0%時， 氣凝膠的σ約為72.0 kPa。 同時， 氣凝膠還具有優(yōu)異的微波吸收性能， 在頻率為10.0 GHz， 厚度為2.4 mm時， RL_min和EAB分別達到-45.4 dB和3.0 GHz。 Dai等［25］通過雙向冰晶誘導自組裝的方法制造了具有可逆壓縮性（如圖5（a）所示）和微波吸收性能的PI/MXene（PM）氣凝膠。 由于產(chǎn)生的雙溫度梯度， 高度各向異性的氣凝膠沿片層方向表現(xiàn)出明顯更高的機械強度（Z方向， 249.1 kPa）， 如圖5（b）～（c）所示。 PM氣凝膠在頻率為6.0 GHz， 厚度為2.5 mm時， RL_min為-41.8 dB， EAB為2.0 GHz（Z方向）， 如圖5（d）所示。 這類氣凝膠材料優(yōu)異的吸波性能源于MXene的電阻損耗， MXene和PI之間異質(zhì)界面所產(chǎn)生的界面極化和偶極極化損耗， 并且氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)也進一步提高了氣凝膠的阻抗匹配度， 同時也促進了電磁波的多重散射和反射， 如圖5（e）所示。

2.3聚合物基-多組分型-彈性吸波復(fù)合材料

含有單一組分吸波填料的聚合物基吸波復(fù)合材料雖然獲得了一定的壓縮彈性和吸波性能， 但也存在著一些問題， 如CNT、? MXene及GO等導電填料隨著含量的增加容易導致阻抗失配導致使其吸波性能降低。 因此， 可以引入具有多重吸波機制的吸波填料來提高彈性聚合物基復(fù)合材料的吸波性能， 并且同時通過微結(jié)構(gòu)的設(shè)計來提高其壓縮彈性。

課題組近期以PI為骨架， 以NH₂-SiO₂包覆Fe₃O₄納米顆粒（NH₂-SiO₂@Fe₃O₄）為吸波劑和增強填料， 制備了PI復(fù)合氣凝膠［72］。 由于NH₂-SiO₂@Fe₃O₄與PI之間的交聯(lián)反應(yīng)增強了氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性， PI/SF30（SiO₂@Fe₃O₄的添加量為30 wt%）復(fù)合氣凝膠展現(xiàn)出良好的壓縮回彈性能且壓縮模量達到556.0 kPa， 如圖6（a）～（c）所示。 同時， 在頻率為14.0 GHz， 厚度為2.0 mm時， RL_min和EAB分別達到了-49.7 dB和7.8 GHz，? 如圖6（d）所示。? 這得益于核殼結(jié)構(gòu)的NH₂-SiO₂@Fe₃O₄磁/介電損耗的協(xié)同效應(yīng)和氣凝膠材料優(yōu)異的阻抗匹配特性， 如圖6（e）所示。

Luo等［73］通過向PI中加入磁損耗及電阻損耗型吸波填料的方法制備了各向異性的PI/CNT/CoFe₂O₄（PCC）雜化氣凝膠。 PI和CNT分別作為骨架和交聯(lián)劑， CoFe₂O₄納米粒子為磁性組分均勻嵌入雜化氣凝膠內(nèi)部。 所制備的PCC氣凝膠具有良好的壓縮回復(fù)性能， 這取決于其內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)以及CNT和PI之間異質(zhì)界面的相互作用。 此外， 由于氣凝膠引入了各向異性結(jié)構(gòu)， 導致在各個方向上表現(xiàn)出明顯不同的壓縮特性， 如圖7（a）所示。 沿軸向方向σ-ε曲線出現(xiàn)三個典型的壓縮過程： 線彈性區(qū)（存在彈性變形）、? 屈服平臺區(qū)（曲線變得平緩， 同時氣凝膠出現(xiàn)一定的損傷）以及致密化區(qū)（氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)逐漸壓實， 應(yīng)力迅速增大）， 如圖7（b）所示。 如圖7（c）所示， 復(fù)合氣凝膠的軸向抗壓能力大于徑向， 在ε=50.0%時， PCC-3（CNT的添加量為30.0 wt%）軸向抗壓強度為340.6 kPa。 這得益于對復(fù)合氣凝膠良好的微結(jié)構(gòu)設(shè)計， 加入剛性CNT作為骨架支撐作用以及內(nèi)部CNT和PI鏈之間良好的協(xié)同作用， 使其具有一定的壓縮回復(fù)特性。 此外， PCC氣凝膠表現(xiàn)出各向異性的吸波性能， 在頻率為13.0 GHz， 厚度為2.8 mm時， RL_min為-47.2 dB， EAB約為7.2 GHz（軸向）， 如圖7（d）所示； PCC氣凝膠在頻率為15.0 GHz， 厚度為2 mm時， RL_min為-54.4 dB， EAB約為6.0 GHz（徑向）， 如圖7（e）所示。 這是因為氣凝膠的多孔特性和電/磁耦合相互作用改善了材料的阻抗匹配， 這種協(xié)同作用使其具有優(yōu)異的吸波性能。 如圖7（f）所示， CNT的加入， 使PCC氣凝膠具有一定的極化損耗， 磁性CoFe₂O₄的引入產(chǎn)生磁損耗（包括自然共振、? 交換共振、? 渦流損耗）， 在介電損耗和磁損耗的協(xié)同作用下， PCC氣凝膠獲得優(yōu)異的吸波性能。

以上研究結(jié)果表明， 通過對冰晶誘導自組裝以及對彈性吸波復(fù)合材料進行微結(jié)構(gòu)設(shè)計， 可以制備具有優(yōu)異壓縮彈性的聚合物基吸波復(fù)合材料， 同時多元組分的協(xié)同損耗機制使其具有優(yōu)異的吸波性能。

為了更準確地比較彈性吸波復(fù)合材料的吸波性能， 計算兩個特定反射損耗值［74-75］： SRLt（RL/試樣厚度）和SRLft（RL/填料負載×試樣厚度）。 |SRLt|和|SRLft|值越高， 表明綜合吸波性能越好。 如圖8所示（因部分文章沒有標明吸波填料的負載量， 故圖8（b）只表現(xiàn)出部分文章的|SRLft|值）， PI/NH₂-SiO₂@Fe₃O₄（PI/SF）復(fù)合氣凝膠的|SRLt|值為25.8 dB·mm^-1， |SRLft|值為355.0 dB·mm^-1·mg^-1； PPy/FeCl₃氣凝膠|SRLt|值為28.0 dB·mm^-1， |SRLft|值為280.0 dB·mm^-1·mg^-1。 以上結(jié)果表明： PI/SF復(fù)合氣凝膠及PPy/FeCl₃氣凝膠作為高效吸波材料具有優(yōu)異的應(yīng)用潛力。 然而PI/SF復(fù)合氣凝膠以PI為骨架， 具有優(yōu)異的耐高溫性能， 能夠保護飛行器重要結(jié)構(gòu)部件免受高溫損傷， 保證惡劣飛行環(huán)境中飛行器的飛行穩(wěn)定性。

3總結(jié)與展望

本文主要綜述了彈性聚合物基吸波復(fù)合材料的研究進展， 詳細介紹了彈性聚合物基吸波復(fù)合材料的設(shè)計依據(jù)、? 材料種類、? 壓縮彈性及吸波性能。 綜合以上分析， 作者對彈性聚合物基吸波復(fù)合材料總結(jié)與展望如下：

（1） 多種損耗機制及阻抗匹配的協(xié)同作用是獲得高吸波性能的關(guān)鍵。 同時， 利用聚合物本身的優(yōu)勢構(gòu)建力學性能優(yōu)異的骨架結(jié)構(gòu)， 可以獲得彈性/吸波功能一體化的復(fù)合材料。

（2） 具有多組分吸波劑的復(fù)合材料具有優(yōu)異的吸波性能， 這源于豐富的異質(zhì)界面增強了吸波材料的界面極化； 3D多孔骨架促進了電磁波的進一步反射和散射； 磁性材料的引入大大提高了吸波材料的磁損耗。 此外， 通過單向冷凍、? 雙向冷凍等方法調(diào)節(jié)復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)不僅可以調(diào)節(jié)阻抗匹配度， 而且可以使復(fù)合材料表現(xiàn)出各向異性的壓縮彈性。

（3） 多組分損耗的協(xié)同作用可獲得優(yōu)異的吸波性能， 但吸波填料的增多不可避免地會降低材料的壓縮彈性； 3D多孔結(jié)構(gòu)可以增強多重反射以及多組分填料可以產(chǎn)生多重損耗， 盡管如此， 其潛在機制仍然不清楚。 因此， 如何制備高效的吸波劑使其具有吸波性能的同時還能保持優(yōu)異的壓縮彈性？如何構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)與吸波性能之間的構(gòu)效關(guān)系來獲得優(yōu)異的壓縮彈性和吸波性能？如何通過調(diào)節(jié)氣凝膠的骨架結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)寬頻吸波？這些問題都需要進行進一步系統(tǒng)的研究。

（4） 現(xiàn)階段吸波測試的研究工作大多采用同軸測試法（電磁波垂直入射）。 然而飛行器在實際飛行環(huán)境中， 入射電磁波的方向是無法確定的。 因此， 應(yīng)采用拱形法模擬飛行器實際飛行環(huán)境測試吸波復(fù)合材料的吸波性能。

（5） 飛行器高速度、? 高機動的特點使飛行器的飛行環(huán)境嚴酷且復(fù)雜， 從而引發(fā)一系列氣動彈性問題。 而現(xiàn)階段對復(fù)合材料彈性的評價只局限于靜態(tài)彈性測試， 無法準確確定飛行器在飛行中氣動彈性對復(fù)合材料的影響， 因此， 迫切需要進行復(fù)合材料在模擬真實環(huán)境下的壓縮彈性及吸波性能的測試。

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Research Progress of Elastic Polymer-Based

Microwave Absorbing Composites

Zhang Wenting Li Jiaqiang Zhang Liying

（1. College of Materials Science and Engineering，? Donghua University， Shanghai 201620， China；

2. Center for Civil Aviation Composites， Donghua University， Shanghai 201620， China; 3. State Key Laboratory for

Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials， Donghua University， Shanghai 201620， China）

Abstract： With the large-scale application of radar detection technology in the military field， military combat weapons， such as aircrafts， have been seriously threatened in complex environments.? Developing composite materials with the integration of elasticity and microwave absorption performance to achieve high mobility， high cruise and stealth characteristics of military aircrafts whitin radar detection is one of the key measures to improve their survival and military combat capabilities. In this paper， the microwave absorption mechanisms of elastic polymer-based composites are reviewed， and various factors affecting the microwave absorbing and elastic properties are analyzed. The development direction of elastic polymer-based microwave absorbing composites in the future is expected.

Key words： polymer-based；? wave absorbing composites； elastic property；? wave absorption property； research progress; aircrafts