导电短纤维复合材料复介电常数及其频响特性研究

本申请项目拟研究导电短纤维长度和含量对短纤维复合材料复介电常数大小及频响特性的影响，研究电磁波波长与导电短纤维的相互作用机制，揭示短纤维长度对复介电常数及其频响特性影响的本质。根据经典理论，分散相尺寸远小于电磁波波长时，复合材料的复介电常数决定于各组成相体积分数和复介电常数,且复介电常数无明显频响特性。但我们近期研究发现，导电短纤维长度对复合材料复介电常数及其频响特性有非常显著的影响。当基体和分散相短纤维体积分数都相同时，用长度为2-5mm的短切碳纤维制备的复合材料在8-20GHz频率范围内的复介电常数远远高于长度小于0.5mm的磨碎短碳纤维制备的复合材料，且复介电常数频响特性十分显著，这一异常现象以前未见报道，也无法用现有理论进行解释。由于复介电常数及其频响特性是影响吸波材料吸波性能最关键的参数，对上述现象的认识将有助于大幅度提高材料吸波性能，为突破高温吸波材料吸收频带窄的难题开新途径。

采用的导电短纤维有短切碳纤维、连续及短切合金丝，采用的基体材料有氧化铝、LAS/硅树脂、环氧树脂。研究了短纤维三维随机分布、二维分布、一维分布复合材料的介电性能、连续及短切正交金属丝复合材料的吸波性能，并对介电特性进行了模拟计算。按计划完成了研究内容，达到了预期研究目标，掌握了导电短纤维复合材料复介电常数大小随短切碳纤维长度变化的规律，分析了复介电常数随频率的色散效应随短切碳纤维长度增大而增强的本质。导电短纤维中存在自由电子，当其与波长接近时，一定长度的导电短纤维在复合材料中起到了谐振子的作用，与电磁波的作用增强，表现出了比同中颗粒更强的相互作用，导致复介电常数数值及频散效应增强。发表研究论文14 篇，其中SCI收录论文11篇。