微波辅助纳米铁氧体表面原位修饰制备吸波橡胶及其性能研究

面对吸波材料宽频、高效、轻质化发展，本项目拟利用稀土掺杂改性的纳米六角铁氧体自身吸波特性，在微波作用下，其迅速将微波能转变为热能，以在表面附近形成过热区，在微波与热的共同作用下，促使生胶高分子链在铁氧体表面附近发生断键分解、碳化，实现纳米铁氧体表面碳层结构构筑，生胶对其表面原位修饰与生胶分子链的重整活化，提高纳米铁氧体与橡胶基体之间的相容性，实现纳米铁氧体参与橡胶三维网络的高度相容复合结构；同时，综合利用纳米六角铁氧体，铁氧体表面碳层结构，橡胶及其助剂等多组分宽频吸波的协同与互补效应，通过组分设计，优化成型工艺，调控橡胶网络结构，实现橡胶吸波性能的宽频与高效性，进而基于对纳米铁氧体/橡胶复合材料相界面与细、微观结构细致表征与分析的基础上，建立吸波橡胶的基本结构模型，探讨橡胶结构特征参数与吸波性能之间的相关性。本项目研究成果可有效地推进吸波材料的发展进程，具有重要的理论价值和很好的应用前景。

围绕着“微波辅助纳米铁氧体表面原位修饰制备吸波橡胶及其性能研究”，本项目系统展开纳米铁氧体制备及稀土掺杂改性、微波辅助铁氧体表面原位修饰以及吸波弹性体结构与性能关系研究等方面研究工作。1）基于凝胶络合化学，在讨论了合成工艺条件对于铁氧体物相形成的影响关系基础上，获得了稳定溶胶-凝胶自燃烧法纳米铁氧体合成工艺，并对纳米铁氧体稀土镧、钐以及铈掺杂改性。随着稀土含量的提高，其固溶进入晶格难度增加，掺杂型稀土六角铁氧体物相形成合成温度提高，并对晶粒有明显的细化作用；阐明了稀土自身性质及掺杂改变了铁氧体铁变价交换作用对纳米六角铁氧体电磁波吸收性质调节作用。2）铁氧体参与条件下提高了生胶对微波场的响应；在微波辐照下，铁氧体表面附近区域生胶高分子发生裂解活化乃至碳化，生胶平均分子量下降、分子量分布变宽，生胶高分子链与铁氧体作用力提高，生胶高分子玻璃化转变温度升高；通过调节微波功率、处理时间以及铁氧体填量改变调控铁氧体界面控制因素微波有效馈入能，成功构筑铁氧体表面不连续几十纳米碳化层，阐明了铁氧体表面原位修饰与界面结构调控机制，形成了一种微波辅助通用吸波介质表面处理的方法。3）在细致表征吸波弹性体微结构、力学性能与电磁特性的基础上，系统研究了吸波弹性体复合材料结构与力学及吸波性能之间关系：经微波辅助铁氧体表面原位修饰极大地提高了铁氧体与橡胶基体之间的相容性，铁氧体参与橡胶三维交联网络结构形成，建立了弹性体复合材料结构模型；铁氧体、铁氧体表面碳化层以及橡胶助剂炭黑等多组分协同提高了弹性体电磁波吸收能力，表面碳化层改变了铁氧体界面电磁性质，增加了介电损耗，调控表面碳化层结构，存在最佳铁氧体/碳化层厚度配合关系达到阻抗匹配，获得了良好的电磁波吸收性能。项目的开展为高效复合吸波介质的设计拓展了新的工艺途径。