張雪婷，周毅，肖威，田兆霞，劉豐華

3D打印羰基鐵粉/聚二甲基硅氧烷柔性復(fù)合材料的吸波性能

張雪婷1, 2，周毅1，肖威2，田兆霞2，劉豐華2

(1. 太原科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2. 中國(guó)科學(xué)院 寧波材料技術(shù)與工程研究所，浙江省增材制造材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧波 315201)

分別以片狀羰基鐵粉(flake carbonyl iron, FCI)和球狀羰基鐵粉(spherical carbonyl iron, SCI)作吸波劑，與聚二甲基硅氧烷(polydimethylsioxlane, PDMS)混合制備成打印墨水，采用墨水直寫3D打印工藝制備羰基鐵粉/聚二甲基硅氧烷(CIP/PDMS)柔性復(fù)合吸波材料。研究羰基鐵粉(carbonyl iron powder, CIP)的形貌和含量對(duì)墨水流變行為和3D直寫打印工藝的影響，并通過(guò)CST Studio Suite電磁仿真軟件研究CIP/PDMS復(fù)合吸波材料的電磁反射損耗。結(jié)果表明：CIP含量越高，復(fù)合材料的吸波性能越好，(FCI)為30%時(shí)FCI/PDMS復(fù)合材料具有最佳的吸波性能，厚度為1.8 mm時(shí)對(duì)頻率為10.9 GHz的電磁波具有最強(qiáng)吸收峰，吸收峰值為－34.8 dB，有效吸收帶寬(effective absorption bandwidth, EAB, 反射損耗

羰基鐵粉；3D直寫打??；PDMS；復(fù)介電常數(shù)；復(fù)磁導(dǎo)率；微波吸收

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，無(wú)線電子通信設(shè)備在日常生活中越來(lái)越普及，導(dǎo)致了電磁波的廣泛應(yīng)用。電磁波的應(yīng)用是一把雙刃劍，一方面它促進(jìn)了信息社會(huì)的發(fā)展[1?2]，另一方面容易產(chǎn)生電磁輻射危害人類健康、干擾設(shè)備的正常運(yùn)行[3?6]。因此，吸波材料受到廣泛研究[7]。按作用機(jī)理，微波吸收材料主要分為電損耗型和磁損耗型，電損耗型主要為石墨[8]、碳納米管[9]、鈦酸鋇[10]等；磁損耗型包括鐵氧體[11]、羰基鐵粉(CIP)[12]、非晶合金[13]等。其中的羰基鐵粉因具有獨(dú)特的洋蔥碳結(jié)構(gòu)且工業(yè)化成熟、成本低而得到更廣泛的研究和應(yīng)用。WANG等[14]采用溶膠?凝膠法制備了一種核殼結(jié)構(gòu)的CIP@SiO2復(fù)合材料，SiO2包覆層改善了CIP的阻抗匹配，拓寬了有效吸收帶寬(EAB)，當(dāng)厚度為1.5 mm時(shí)，其最大吸收峰值為?49.4 dB，EAB為7.12 GHz(10.88～18 GHz)。不同形貌的羰基鐵粉具有不同的吸波性能，球形羰基鐵粉(SCI)受渦流效應(yīng)影響，吸收強(qiáng)度減弱，同時(shí)還受Snoek極限影響導(dǎo)致高頻吸波性能差。相比球形羰基鐵粉，片狀羰基鐵粉(FCI)具有高的飽和磁化強(qiáng)度和平面各向異性，可突破Snoek限制，具有優(yōu)異的高頻吸波性能[15]。盧明明等[16]將SCI與FCI混合制備羰基鐵粉吸波材料，當(dāng)(FCI):(SCI)為1:2時(shí)，材料在3.08 GHz處具有最強(qiáng)吸收峰值?20.2 dB，有效吸收帶寬(反射損耗≤?8 dB)為2.43 GHz。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，柔性可穿戴電子設(shè)備越來(lái)越受青睞，相關(guān)柔性電磁功能防護(hù)材料器件的開發(fā)成為熱點(diǎn)。柔性智能可穿戴設(shè)備要求材料具有較好的機(jī)械靈活性，可任意變形以適應(yīng)各種工作環(huán)境，這需要材料在不損害自身性能的基礎(chǔ)上具有一定的延展性和彎曲性能。常見的柔性材料主要有硅橡膠、聚乙烯醇、聚氨酯等，其中聚二甲基硅氧烷(PDMS)因方便易得、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、透明和熱穩(wěn)定性好而被廣泛研究[17?18]。柔性材料的傳統(tǒng)制備方法為模制法，但此方法限制較多，不能用于成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)，且制備過(guò)程較繁瑣。3D打印技術(shù)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要模具，所以不要壓模、脫模，可成形各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中直寫3D打印幾乎于成形任意柔性復(fù)合材料(如金屬、陶瓷、橡膠、塑料等)，在柔性電子材料器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[19?21]。本文分別采用片狀和球狀羰基鐵粉與PDMS混合，制備成CIP/PDMS打印墨水，對(duì)兩種CIP/PDMS墨水的流變性能進(jìn)行表征與分析，并通過(guò)打印木堆結(jié)構(gòu)來(lái)研究墨水直寫3D打印工藝(direct ink writing, DIW)，最后依據(jù)CIP/PDMS復(fù)合材料的電磁參數(shù)，利用電磁仿真軟件CST模擬復(fù)合材料的電磁反射損耗，同時(shí)利用掃描電鏡(SEM)觀察CIP在PDMS中的分布情況，為DIW成形羰基鐵粉基柔性吸波材料提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

片狀羰基鐵粉(flake carbonyl iron powder, FCI)平均尺寸18.29 μm，球狀羰基鐵粉(spherical carbonyl iron powder, SCI)，平均粒徑4.4 μm，均購(gòu)自江蘇天一超細(xì)金屬粉末有限公司；聚二甲基硅氧烷(PDMS)：包括SE 1700和Sylgard 184兩種，由美國(guó)Dow Corning公司生產(chǎn)。

1.2 CIP/PDMS復(fù)合材料的制備

PDMS作為硅橡膠的一種，其特點(diǎn)是可常溫固化，加溫加速固化，固化后無(wú)副產(chǎn)物生成，具有較低的應(yīng)力和模量，并具有優(yōu)異的生理惰性，無(wú)毒，不易燃，在?40～210 ℃溫度范圍內(nèi)都具有彈性，適用于各種復(fù)雜的環(huán)境，因此選擇PDMS作為打印基體。PDMS SE 1 700的黏度很高，適合打印，但缺點(diǎn)是磁粉可添加量較低，導(dǎo)致吸波性能較差；PDMS Sylgard 184的黏度很低，無(wú)觸變性，不能用于直寫3D打印。通過(guò)調(diào)研文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)將SE 1700與Sylgard 184按一定比例混合，可改善各自的缺點(diǎn)[22]。本文按(SE 1700):(Sylgard 184)分別為5:5，6:4，7:3的比例將SE 1700和Sylgard 184混合，測(cè)試其流變性能，最終確定SE 1700與Sylgard 184的最佳質(zhì)量比為7:3。

表1所列為6組CIP/PDMS復(fù)合材料的編號(hào)和打印墨水的原料配比，其中3組SCI/PDMS復(fù)合材料中的(SCI)分別為60%、70%和80%，3組FCI/PDMS復(fù)合材料中的(FCI)分別為10%、20%和30%。按照表1所列原料配比，用電子天平稱量各種原材料，置于樣品瓶中，通過(guò)行星式重力攪拌機(jī)(綿陽(yáng)世諾科技有限公司，VM300SA3型)在1 500 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌 300 s，使原料混合均勻，獲得打印墨水，然后利用直寫3D打印機(jī)(杭州捷諾飛生物科技股份有限公司，3D Bio-Architect Sparrow型)打印成形，獲得6組CIP/PDMS復(fù)合材料。打印速度為10 mm/s，其他打印工藝參數(shù)如表2所列。用空壓機(jī)控制打印氣壓；打印針頭為內(nèi)徑0.41 mm的錐形塑料針頭。為了滿足電磁參數(shù)測(cè)試要求，打印樣品尺寸為30 mm×30 mm×1.2 mm左右的薄片。

表1 CIP/PDMS復(fù)合材料的編號(hào)和原料配比

表2 CIP/PDMS復(fù)合材料的3D打印工藝參數(shù)

1.3 組織與性能表征

用掃描電鏡(SEM, 熱場(chǎng)Quanta FEG 250型，美國(guó)FEI公司)觀察CIP的形貌和CIP/PDMS復(fù)合材料橫截面的微觀結(jié)構(gòu)(粉末樣品直接置于導(dǎo)電膠上通過(guò)SEM觀察其形貌；CIP/PDMS復(fù)合材料經(jīng)過(guò)切割后利用導(dǎo)電膠黏在梯形樣品臺(tái)上，通過(guò)SEM觀察CIP在PDMS中的分布情況)；用旋轉(zhuǎn)流變儀(德國(guó)HAAKE牌RS6000型)測(cè)試PDMS和直寫墨水的流變性能，得到在振蕩模式下PDMS和直寫墨水的儲(chǔ)能模量(')與損耗模量(″)隨剪切應(yīng)變的變化曲線，以及旋轉(zhuǎn)模式下黏度隨剪切速率的變化曲線；用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(N5234A型，美國(guó)Agilent公司)測(cè)試CIP/PDMS復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，并利用電磁仿真軟件(CST Studio Suite)計(jì)算不同頻率不同厚度下復(fù)合材料的反射損耗。

2 結(jié)果與討論

2.1 CIP的微觀形貌

圖1所示為SCI和FCI的微觀形貌。從圖1(a)可見SCI呈均勻的球狀，平均粒徑約為5 μm，圖1(b)中FCI為邊緣不平整的薄片狀，平均尺寸約為18 μm。相比SCI，F(xiàn)CI具有各向異性，研究表明各向異性結(jié)構(gòu)的鐵粉具有較高的磁導(dǎo)率和共振頻率，且有利于降低渦流損耗，從而提高鐵粉的吸波性能[23]。

2.2 CIP/PDMS復(fù)合材料形貌

圖2所示為FCI/PDMS復(fù)合材料表面與截面的SEM圖，其中圖2(a)、(b)和(c)分別為FCI-10、FCI-20和FCI-30的表面SEM圖，圖2(d)、(e)和(f)分別為三者的橫截面SEM圖。從圖中可見，所有FCI/DMS復(fù)合材料中，片狀鐵粉顆粒均平行于表面、垂直于橫截面，F(xiàn)CI均勻分布在PDMS中。

圖3所示為SIP/PDMS復(fù)合材料表面與截面的SEM圖，從圖中可見SCI在PDMS中均勻分布，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。從截面的微觀形貌看出，隨SCI含量增加，復(fù)合材料的致密度明顯改善、孔隙減少。

圖1 羰基鐵粉的SEM圖

(a) Spherical carbonyl iron powder (SCI); (b) Flake carbonyl iron powder (FCI)

圖2 不同F(xiàn)CI含量的FCI/PDMS復(fù)合材料的表面和截面SEM圖

(a), (b), (c) Surface SEM images of FCI-10, FCI-20, FCI-30 respectively;(d), (e), (f) Cross-sectional SEM images of FCI-10, FCI-20, FCI-30 respectively

2.3 流變性能

墨水直寫3D打印要求打印油墨具備剪切變稀效應(yīng)以及在打印過(guò)程中和打印完成后具有不同的模量(即觸變性)。剪切變稀效應(yīng)是指打印墨水在受到剪切力作用(施加的氣壓)時(shí)，黏度急劇降低，從而使墨水順利擠出；直寫3D打印對(duì)墨水模量的要求是墨水在擠出過(guò)程中呈現(xiàn)液態(tài)流體特征，即損耗模量()大于儲(chǔ)能模量()，在打印結(jié)束后，墨水則需要呈現(xiàn)固態(tài)特征，即儲(chǔ)能模量()大于損耗模量()，從而保證打印結(jié)構(gòu)不會(huì)坍塌，這一過(guò)程被稱為“黏彈逆變”[24?25]。圖4所示為CIP/PDMS打印墨水的流變性能，包括不同比例((SE 1700):(Sylgard 184))的打印基體PDMS的黏度()和模量(′和″)，以及在PDMS中添加羰基鐵粉制成的打印墨水的黏度和模量。圖4(a)和(b)所示分別為打印基體PDMS(SE 1700+Sylgard 184)的儲(chǔ)能模量()和損耗模量()隨剪切應(yīng)變的變化曲線，以及黏度()隨剪切速率的變化曲線。從圖4(a)看到，當(dāng)(SE 1700):(Sylgard 184)=6:4時(shí)，PDMS出現(xiàn)“黏彈逆變”現(xiàn)象，具有觸變性，滿足打印的條件；隨SE 1700增加，PDMS的增大，而越大，墨水的保形能力越強(qiáng)，從而打印樣品的精度越高，所以最終按照(SE 1700):(Sylgard 184)=7:3的比例將SE 1700和Sylgard 184混合而成的PDMS作為打印基體。圖4(c)和(d)所示分別為FCI/PDMS打印墨水的模量(和)變化曲線和變化曲線。從圖4(c)看到，(FCI)為10%的FCI/ PDMS打印墨水的模量相比純PDMS有所下降，模量隨(FCI)增加而增大，所有FCI/PDMS打印墨水都有“黏彈逆變”現(xiàn)象，滿足打印條件。從圖4(d)看出，(FCI)為10%和20%的FCI/PDMS墨水黏度與純PDMS幾乎一致，當(dāng)(FCI)為30%時(shí)，墨水黏度才有所增加。圖4(e)和(f)所示分別為SCI/PDMS打印墨水的模量變化曲線和變化曲線，從圖4(e)看到，(SCI)分別為60%、70%和80%的打印墨水的模量均比純PDMS高，且隨SCI增加，模量有所增加。從圖4(f)可知，與添加FCI一樣，SCI含量較低時(shí)，打印墨水的黏度與純PDMS幾乎一致，當(dāng)(SCI)為80%時(shí)，打印墨水的黏度顯著提高。

圖3 不同SCI含量的SCI/PDMS復(fù)合材料的表面和截面SEM圖

(a), (b), (c) Surface SEM images of SCI-60, SCI-70, SCI-80 respectively;(d), (e), (f) Cross-sectional SEM images of SCI-60, SCI-70, SCI-80 respectively

(a), (b) Storage modulus () and loss modulus () and viscosity () variation curves of PDMS with different ratio of(SE 1700) and(Sylgard 184); (c), (d),andvariation curves of FCI/PDMS inks with different(FCI);(e), (f),andvariation curves of SCI/PDMS inks with different(SCI)

2.4 直寫3D打印參數(shù)

圖5所示為直寫打印參數(shù)(打印氣壓與打印速度) 對(duì)墨水SCI-80出絲直徑(μm)的影響。打印所用針頭為內(nèi)徑0.41 mm的錐形針頭，空壓機(jī)利用空氣在打印過(guò)程中施加穩(wěn)定氣壓。結(jié)果表明出絲直徑隨打印速度增加而減小，隨氣壓增大而增大。當(dāng)打印速度為6.5 mm/s時(shí)，氣壓為0.20，0.25，0.30，0.35 MPa的出絲直徑分別為0.33、0.46、0.50和0.57 mm?？赏ㄟ^(guò)設(shè)定合適的打印參數(shù)獲取目標(biāo)直徑。

根據(jù)文獻(xiàn)[22]可知，要使打印件具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要墨水滿足打印適印性(Printability，r=1)。圖6(a)所示為墨水SCI-80的打印適印性，由圖可知，對(duì)于r=1的理想油墨，孔隙呈方形。打印適印性的計(jì)算公式為：

式中：r為打印適印性，和分別為孔隙的周長(zhǎng)和面積。由式(1)計(jì)算出墨水SCI-80的r為1.01±0.02，設(shè)置打印參數(shù)為氣壓0.25 MPa、速度8 mm/s、層高0.4 mm、填充間距0.6(±0.05)mm，打印的雙層結(jié)構(gòu)如圖6(b)所示，打印件不會(huì)發(fā)生變形，可保持原始結(jié)構(gòu)，表明墨水SCI-80墨水具有很好的打印適印性。

2.5 電磁參數(shù)與吸波性能

圖7所示為CIP含量與形貌對(duì)CIP/PDMS復(fù)合材料在2～18 GHz頻率范圍內(nèi)的電磁參數(shù)(復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率)影響。材料吸波性能的表征是根據(jù)傳輸線理論[26]計(jì)算的，電磁反射損耗由復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)決定，計(jì)算公式如下：

式中：0為真空阻抗，0和0分別為自由空間的復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)，in為吸波材料與自由空間界面的歸一化輸入阻抗，r和r分別為吸波材料的相對(duì)復(fù)磁導(dǎo)率和相對(duì)復(fù)介電常數(shù)，為厚度，為電磁波頻率，為吸波材料的厚度，為光速，r為電磁反射損耗。由式(4)可知，微波吸收材料的阻抗與真空阻抗越接近，電磁反射損耗越小，吸波性能越好。

圖7(a)和(b)分別為CIP/PDMS吸波材料的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部和虛部，從圖中看出，添加CIP可使純PDMS的和增大。其中，F(xiàn)CI/PDMS復(fù)合材料中的FCI含量較少，但材料的復(fù)介電常數(shù)較大，無(wú)論是還是都大于固含量更高的SCI/PDMS復(fù)合材料。這是因?yàn)閺?fù)介電常數(shù)的實(shí)部與極化有關(guān)，F(xiàn)CI通常由SCI球磨得到，隨著球磨的進(jìn)行，F(xiàn)CI的空間電荷極化與界面極化均增大，從而導(dǎo)致復(fù)介電常數(shù)實(shí)部增 大[15, 27]；與SCI相比，單位體積FCI的比表面積較大，且片層之間有更好的接觸，容易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使材料的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，進(jìn)而使得復(fù)介電常數(shù)增大[28?29]。根據(jù)阻抗匹配可知，復(fù)介電常數(shù)影響材料對(duì)電磁波的反射，所以在相同厚度條件下FCI/PDMS復(fù)合材料的EAB比SCI/PDMS的窄。圖7(c)和(d)所示分別為CIP/PDMS復(fù)合材料復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部。復(fù)磁導(dǎo)率大小與磁粉含量密切相關(guān)[30]，CIP含量越高，復(fù)合材料中的磁偶極子數(shù)量越多，故磁導(dǎo)率越高。SCI的添加量高于FCI，所以SCI/PDMS復(fù)合材料具有更高的復(fù)磁導(dǎo)率，從而具有更強(qiáng)的電磁波吸收峰值。從圖7看出，CIP/PDMS復(fù)合材料的、、和等參數(shù)均隨CIP含量增加而增大。(FCI)分別為10%、20%、30%的FCI/PDMS復(fù)合材料，在2～18 GHz頻率范圍內(nèi)的平均值分別為5.86、8.15和11.11，的平均值分別為0.22、0.30和0.46；的平均值分別為1.13、1.16和1.21，的平均值分別為0.19、0.27和0.39。在此頻率范圍內(nèi)，F(xiàn)CI/PDMS復(fù)合材料的波動(dòng)不大，基本上為一條直線，隨頻率增加而增加，和均隨頻率增加而小幅下降，這是因?yàn)镾noek極限[31]造成的。隨從2增加到18 GHz，F(xiàn)CI-30的從1.57減小到0.95，僅減小0.62，表明FCI受Snoek極限影響較小。(SCI)分別為60%、70%、80%的SCI/PDMS復(fù)合材料，在2～18 GHz范圍內(nèi)，的平均值分別為4.8、6.03和10.07；的平均值分別為0.14、0.24和0.29，的平均值分別為1.2、1.32和1,41，的平均值分別為0.37、0.63和0.87。與FCI/PDMS復(fù)合材料一致，SCI/PDMS復(fù)合材料的波動(dòng)不大，基本上呈一條直線，隨頻率增加有所增大，和均隨頻率增加而明顯下降。從2增加到18 GHz時(shí)，SCI-80的從2.44下降至0.87，下降1.57。這表明SCI/PDMS復(fù)合材料的受Snoek極限影響較大，導(dǎo)致其高頻吸波性能較差。

圖6 墨水的打印適印性(a)和SCI-80墨水打印栓層結(jié)構(gòu)圖(b)

(a) Printability and its corresponding double-layer structure; (b) Schematic diagram of the printed sample using SCI-80 ink

圖7 CIP形貌與含量對(duì)CIP/PDMS復(fù)合材料電磁參數(shù)的影響

(a) Real part () of permittivity; (b) Imaginary part () of permittivity;(c) Real part () of permeability; (d) Imaginary part () of permeability

圖8所示為2～18 GHz電磁波頻率范圍內(nèi)，不同厚度(1～3 mm，增量為0.2 mm)的CIP/PDMS復(fù)合材料的3D電磁反射損耗圖。圖中平面內(nèi)的黑色線圈為有效吸收(RL?10 dB，所以黑色線圈的范圍越大，有效吸收帶寬(EAB)越寬。圖8(a)、(b)和(c)所示分別為FCI-10、FCI-20和FCI-30等3種FCI/PDMS復(fù)合材料的吸波性能仿真結(jié)果圖，圖8(a)中沒有出現(xiàn)黑色線圈，表明材料FCI-10不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的有效吸收；FCI-20在厚度為2 mm、頻率為12.6 GHz時(shí)具有最強(qiáng)吸收峰，峰值為－15.4 dB，EAB為3.8 GHz；FCI-30在厚度為1.8 mm、頻率為10.9 GHz時(shí)具有最強(qiáng)吸收峰，峰值為－34.8 dB，EAB為4.8 GHz。這表明隨FCI含量增加，F(xiàn)CI/PDMS復(fù)合材料的最強(qiáng)吸收峰值明顯增大，EAB也有所增大，且復(fù)合材料的厚度有所下降，更滿足吸波材料“薄、輕、寬、強(qiáng)”的性能要求。圖8(d)、(e)和(f)所示分別為SCI-60、SCI-70和SCI-80等3種SCI/PDMS復(fù)合材料的吸波性能仿真結(jié)果圖。由于SCI/PDMS中的CIP含量都比FCI/PDMS的高，所以3種SCI/PDMS復(fù)合材料均能實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的有效吸收，隨SCI含量增加，EAB變寬，吸收峰值變大。SCI-60在=2.4 mm、=13.4 GHz時(shí)具有最強(qiáng)吸收峰值，峰值為－12 dB，EAB為3.6 GHz；SCI-70在=2 mm、=12.3 GHz時(shí)具有最強(qiáng)吸收峰值，峰值為－25.4 dB，EAB為7.9 GHz；SCI-80在=2.4 mm、=7.3 GHz時(shí)具有最強(qiáng)吸收峰值，峰值為－41.5 dB，EAB為3.6 GHz。這表明SCI/PDMS復(fù)合材料與FCI/PDMS一樣，吸收強(qiáng)度隨CIP含量增多而增大。與FCI/PDMS不同的是，隨SCI含量增加，SCI/PDMS的EAB先增加后減小，SCI-70具有最佳的阻抗匹配，因此EAB最寬。

(a), (b), (c) FCI-10, FCI-20, FCI-30 respectively; (d), (e), (f) SCI-60, SCI-70, SCI-80 respectively

3 結(jié)論

1) FCI/PDMS復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)高于SCI/PDMS復(fù)合材料，導(dǎo)致FCI/PDMS的EAB較窄，(FCI)為30%時(shí)，厚度為1.8 mm的FCI/PDMS復(fù)合材料具有最大吸波強(qiáng)度，為－34.8 dB，有效吸收帶寬為4.8 GHz。FCI/PDMS復(fù)合材料厚度較小，滿足吸波材料“薄、輕”的要求。

2) SCI/PDMS復(fù)合材料的復(fù)磁導(dǎo)率高于FCI/PDMS復(fù)合材料，因而具有更高的吸收強(qiáng)度，(SCI)為80%的SCI/PDMS在厚度為2.4 mm時(shí)具有最高吸波強(qiáng)度，為－41.5 dB；(SCI)為70%時(shí)，厚度為2 mm的SCI/PDMS復(fù)合材料具有最大EAB，為 7.9 GHz。

3) 本論文研究了適用于直寫3D打印的CIP/ PDMS打印墨水，并通過(guò)直寫3D打印成形制備了性能優(yōu)異的CIP/PDMS柔性吸波復(fù)合材料。

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Microwave absorbing properties of 3D printed carbonyl powder/polydimethylsiloxane flexible composite

ZHANG Xueting1, 2, ZHOU Yi1, XIAO Wei2, TIAN Zhaoxia2, LIU Fenghua2

(1. School of Materials Science and Engineering, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China; 2. Zhejiang Key Laboratory of Additive Manufacturing Materials, Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China)

The printing ink was prepared by mixing flake carbonyl iron powder (FCI) and spherical carbonyl iron powder (SCI) with polydimethylsiloxane (PDMS), respectively. The carbonyl iron powder/polydimethylsiloxane (CIP/PDMS) flexible composite microwave absorbing material was formed by 3D printing with ink direct writing. The effects of the morphology and content of carbonyl iron powder (CIP) on the rheological behavior of ink and 3D direct writing printing process were studied. The electromagnetic reflection loss of CIP/PDMS composite microwave absorbing material was studied as well by CST Studio Suite electromagnetic simulation software. The results show that the higher the CIP content, the better the microwave absorption performance of the composite. When(FCI) is 30%, the FCI/PDMS composite has the best microwave absorption performance. When the thickness is 1.8 mm, it has the strongest absorption peak for the electromagnetic wave with frequency of 10.9 GHz, the peak value is ?34.8 dB, and the effective absorption bandwidth (EAB, RL

carbonyl iron powder; 3D direct writing printing; PDMS; complex permittivity; complex permeability; microwave absorption

10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022025

TB34

A

1673-0224(2022)04-442-11

江蘇省產(chǎn)業(yè)前瞻與關(guān)鍵核心技術(shù)項(xiàng)目(BE2019072)；甘肅省技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)計(jì)劃區(qū)域科技合作專項(xiàng)(ZOJK10QA579)

2022?03?13；

2022?05?04

周毅，副教授，博士。電話：18335130685；E-mail: 2013045@tyust.edu.cn

(編輯 湯金芝)