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Mg/Al异种材料扩散焊界面组织形成机理研究

Mg/Al异种材料扩散焊界面组织形成机理研究

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：伍镭刘文胜马运柱中南大学粉末冶金研究院

将具有高比强度、高比弹性模量以及高阻尼防震性能的镁与具有高力学强度、耐腐蚀性能的铝进行连接,可以有效降低零部件的结构重量,提高结构的性能及拓宽应用领域。一般的焊接方法很难对Mg/Al异种材料进行连接,焊后极易产生变形及裂纹等...

将具有高比强度、高比弹性模量以及高阻尼防震性能的镁与具有高力学强度、耐腐蚀性能的铝进行连接,可以有效降低零部件的结构重量,提高结构的性能及拓宽应用领域。一般的焊接方法很难对Mg/Al异种材料进行连接,焊后极易产生变形及裂纹等缺陷。本文采用真空扩散焊接技术对Mg/Al异种金属进行连接。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等检测手段对接头界面的微观结构和物相组成进行定性分析,同时研究了Mg/Al界面反应层的形成规律,并对接头界面附近的显微硬度分布进行检测。结果表明：真空扩散焊接能够成功实现Mg1/Al1060的连接。扩散焊接过程中,当固相扩散Mg、Al原子的浓度超过固溶度极限时,中间相在界面缺陷处优先形成,两中间相分别为Mg2Al3和Mg17Al12相。新相组成的反应层初始的岛状组织,经纵向长大连成整体,且Mg2Al3相生长速度要快于Mg17Al12相。界面区域的显微硬度结果表明,生成的金属间化合物层的硬度远大于基体硬度,其中的Mg2Al3相硬度范围在268-33 1HV,略高于Mg17Al12相。随加热温度的升高及保温时间的延长,高硬度区对应的宽度也相应增加。

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含钴聚合物前驱体转化陶瓷及吸波性能

含钴聚合物前驱体转化陶瓷及吸波性能

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：骆春佳孔杰陕西省高分子科学与技术重点实验室西北工业大学

伴随着新型探测技术、武器攻击、防卫技术的发展,隐身技术作为提高国防生存、防卫和攻击能力的一种重要手段,在现代化国防技术中倍加重要.吸波材料是隐身技术中不可缺少的组成部分,可以通过吸收和衰减雷达波已达到隐身目的.相对其他吸...

伴随着新型探测技术、武器攻击、防卫技术的发展,隐身技术作为提高国防生存、防卫和攻击能力的一种重要手段,在现代化国防技术中倍加重要.吸波材料是隐身技术中不可缺少的组成部分,可以通过吸收和衰减雷达波已达到隐身目的.相对其他吸波材料而言,碳化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、高强度、低密度、膨胀系数小和介电性能可设计等优异性能,是一种很好的吸波型热结构材料.聚合物前驱体转化是制备碳化硅陶瓷的一种重要方法,与传统的制备陶瓷的方法相比,它能够通过聚合物前驱体分子设计和热解条件的控制得到所需的陶瓷组成和晶相结构,从而可以实现陶瓷的微结构设计,能够更详细的研究碳化硅陶瓷的吸波性能.我们研究了金属元素钻对聚合物前驱体碳化硅陶瓷介电和吸波性能的影响.首先合成一种主链含有炔基的聚硅碳烷聚合物,通过八羰基二钴和炔基的反应得到含有六羰基二钴基团的聚合物前驱体,然后高温裂解得到含有钴元素的碳化硅陶瓷,并研究了其介电和吸波性能.结果表明,当八羰基二钴含量占炔基含量为7.5％,裂解湿度为1100℃时,陶瓷几乎在整个X波段(8.49～12.4GHz)的反射系数均低于-10dB,并在10.55GHz时达到了-41.85dB的最优值,具有优异的吸波性能,作为一种吸波材料,存在了很大的潜在应用价值.

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高层错能Cu-Mn合金的单向拉伸塑性变形机制

高层错能Cu-Mn合金的单向拉伸塑性变形机制

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：韩冬王泽宇颜莹石锋李小武东北大学理学院材料物理与化学研究所沈阳110819 东北大学理学院材料物理与化学研究所沈阳110819 东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819

与其它铜合金不同,Cu-Mn合金的层错能(SFE)随Mn含量增加基本保持不变,但短程有序度增高.因此,对于Cu-Mn合金变形行为的研究可以排除SFE影响,进而得到对fcc金属变形机制影响方式的全新理解.本工作在不同应变速率下对纯铜和Cu-Mn合金多晶...

与其它铜合金不同,Cu-Mn合金的层错能(SFE)随Mn含量增加基本保持不变,但短程有序度增高.因此,对于Cu-Mn合金变形行为的研究可以排除SFE影响,进而得到对fcc金属变形机制影响方式的全新理解.本工作在不同应变速率下对纯铜和Cu-Mn合金多晶体进行单向拉伸实验,并利用透射电镜(TEM)系统研究了Cu-Mn合金的微观变形机制.拉伸实验表明,应变速率对Cu-Mn合金的力学性能影响较弱,随着Mn含量的升高,合金的强塑性匹配得到提升,这主要源于溶质原子的固溶强化和位错滑移方式的改变.TEM观察发现,当Mn含量低于7at.％时(如：Cu、Cu-5at.％Mn和Cu-7at.％Mn),拉伸变形后的微观结构主要为波状滑移型位错结构-胞结构;当Mn含量达到10at.％时,微观结构转变为松散的胞结构和形变孪晶;随着Mn含量继续升高到20at.％,微观结构变为形变孪晶和平面滑移型位错结构-平面滑移带.以上结果表明,随着Mn含量的升高,尽管层错能没有发生变化,但是Cu-Mn合金的变形机制发生了明显转变,即：由波状滑移逐渐转变为平面滑移,并且出现形变孪晶.以上结果强烈地表明,SFE并不是影响位错滑移方式改变的唯一因素,例如,随Cu-Mn合金中Mn含量的升高,在其SFE基本不变的前提下,短程有序度的增高则是影响其塑性变形机制发生上述转变的最主要因素.

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相分离金属材料设计及其组织结构调控

相分离金属材料设计及其组织结构调控

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：何杰中国科学院金属研究所

液-液相分离是一种由单一均匀液相L发生转变，形成两个具有不同化学成分液相(L1+ L2)的过程，即L→L1+L2.液-液相分离(或两液相共存)是一种十分常见的自然现象，例如油-水分离结构.在材料与冶金领域，存在诸多的液-液相分离系统.就金属...

液-液相分离是一种由单一均匀液相L发生转变，形成两个具有不同化学成分液相(L1+ L2)的过程，即L→L1+L2.液-液相分离(或两液相共存)是一种十分常见的自然现象，例如油-水分离结构.在材料与冶金领域，存在诸多的液-液相分离系统.就金属材料而言，已知的二元合金相图中就存在500多个具有液-液相分离特征的合金系.例如，常见的Cu系合金(Cu-Fe/Co/Nb/Ta等)、Fe系合金(Fe-Cu/Sn/Ag等)、Ti系合金(Ti-Gd/Ce/La/Y等)、Ni系合金(Ni-Pb/Ag等)、Al系合金(Al-Bi/Pb/In等)和Zr系合金(Zr-La/Ce/Y/Nd等).这些合金系在某一温度和成分范围内(Miscibility gap)，展现出两液相共存的现象.同时，这一特殊的现象为设计新型金属材料和发展新型冶金技术提供了机会.研究表明，液-液相分离的产生有两种机制：形核-长大和Spinodal分解.通常，液-液分离形成的两液相在包括重力水平、温度梯度、界面润湿等因素共同作用下，极易产生偏析甚至两相分层.自上世纪70年代开始，为了揭示该类合金液-液分离过程及其影响因素，欧美国家的材料科学家设计了大量太空微重力环境下的合金凝固实验.一直以来，调控合金液-液相分离过程进而获得具有理想组织结构的相分离金属材料是广大材料科学研究者的奋斗目标.本报告一方面向大家汇报液-液相分离合金凝固组织形成及其控制技术，介绍我们课题组在调控液相分离合金凝固组织方面取得的最新研究进展;另一方面向大家报告如何利用液-液相分离合金设计新型非晶合金复合材料和相分离双相块体非晶合金、以及结构与性能关系方面的最新研究结果.

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基于石墨烯的高分子信息存储功能材料的设计和制备

基于石墨烯的高分子信息存储功能材料的设计和制备

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：陈彧庄小东张斌刘钢康燕堂教育部结构可控先进功能材料及其制备重点实验室华东理工大学应用化学研究所上海200237 教育部结构可控先进功能材料及其制备重点实验室华东理工大学应用化学研究所上海200237 新加坡国立大学化学与生物分子工程系新加坡119260 新加坡国立大学化学与生物分子工程系新加坡119260

实现大容量、高读取速度、低工作电压和高可靠性的大规模新型非易失型存储器(关掉电源后仍然可以长时间保持和储存信息的器件,比闪存快100倍)的核心关键技术。以石墨烯作为数据存储介质的分子级别计算已经引发了一场信息技术产业的革命...

实现大容量、高读取速度、低工作电压和高可靠性的大规模新型非易失型存储器(关掉电源后仍然可以长时间保持和储存信息的器件,比闪存快100倍)的核心关键技术。以石墨烯作为数据存储介质的分子级别计算已经引发了一场信息技术产业的革命,它能在更小的空间上,使用更少的能源来存储更多的数据信息,有望成为目前基于硅的半导体存储技术的潜在替代或补充(技术)。利用"grafting to"(用预先合成好的含有反应性基团的有机化合物或高分子接枝到石墨烯表面)或"grafting from"(从石墨烯表面直接生长高分子)方法,可以合成各种各样的石墨烯的衍生物。我们创新设计和合成了一系列基于石墨烯(氧化石墨烯和还原的氧化石墨烯)的具有良好的溶解性、电学性质和信息存储性能的非易失性信息存储功能材料。在国际上制备了第一个基于共轭高分子共价键合的石墨烯信息存储材料和器件。基于石墨烯的高分子材料均表现出优异的可擦写电双稳态分子记忆性能,最大的ON/OFF电流开关比超过了104,在-1伏特的读出电压脉冲下读出次数超过1亿次。以高分子材料制备阻变存储器件,为超大规模集成电路的发展提供了一个新的思路。

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W-ZrC复合材料的高温压缩变形行为及强化机理

W-ZrC复合材料的高温压缩变形行为及强化机理

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：王玉金张太全周玉哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所

W-ZrC复合材料具有良好的高温力学性能、热物理性能和抗热震耐烧蚀性能,在航天防热部件、高温模具、高温夹具等领域有广阔的应用前景.本文采用热压烧结工艺制备了W-ZrC复合材料,详细研究了ZrC的体积分数、颗粒尺寸、压缩变形条件等对该...

W-ZrC复合材料具有良好的高温力学性能、热物理性能和抗热震耐烧蚀性能,在航天防热部件、高温模具、高温夹具等领域有广阔的应用前景.本文采用热压烧结工艺制备了W-ZrC复合材料,详细研究了ZrC的体积分数、颗粒尺寸、压缩变形条件等对该复合材料的变形行为和力学性能的影响规律.结果表明,W-ZrC复合材料的高温压缩真应力-应变曲线呈锯齿型流变特征.随ZrC颗粒含量增加和尺寸减小,ZrC-W复合材料的高温压缩流变应力升高,塑性下降.W-ZrC复合材料的室温压缩屈服强度都大于1000MPa随应变速率降低和变形温度升高,30ZW-2.5复合材料的流变应力下降,断裂应变升高.W-30vol％ZrC复合材料具较高的高温压缩屈服强度,在1600℃,10-3/s应变速率条件下还保持着633MPa的屈服强度.在1300～1600℃范围内,W-30vol％ZrC复合材料的变形激活能和应力指数分别为344kJ/mol和17.6.W-ZrC复合材料在低于1500℃下的变形机制主要为钨基体的动态回复,在高于1500℃时,在钨基体中动态再结晶开始.温度高于1200℃时,大量ZrC发生位错滑移,并随变形温度升高和应变量增大,产生位错滑移的ZrC晶粒的数量增加,位错密度升高.宏观裂纹起源于压缩试样赤道表面,呈"Z"字型.微观上,首先在ZrC/W/ZrC三角晶界处产生微孔,而后沿ZrC/ZrC和W/W晶界扩展.在钨基体粘塑性作用下,ZrC颗粒发生沿晶剪切断裂或穿晶断裂.W-ZrC复合材料的高温强化机制主要有：细晶强化、界面强化、几何必需位错强化及载荷传递强化.基于几何必需位错强化和载荷传递强化,建立了预测复合材料的高温压缩屈服强度的模型,模型很好地预测了ZrC颗粒尺寸和体积含量及变形温度对复合材料的高温压缩屈服强度的影响.

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高锰奥氏体TRIP/TWIP钢的低周及超低周疲劳行为研究

高锰奥氏体TRIP/TWIP钢的低周及超低周疲劳行为研究

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：邵琛玮张哲峰中国科学院金属研究所

本工作研究了Fe-Mn及Fe-Mn-C系TRIP/TWIP钢在不同应变幅下(0.3％≤△εtot/2≤8.0％)的拉-压疲劳塑性变形特征.结果表明，在所考察的应变幅范围内，材料在循环初期均发生了明显的循环硬化，随后则趋于稳定或出现不同程度的循环软化，并...

本工作研究了Fe-Mn及Fe-Mn-C系TRIP/TWIP钢在不同应变幅下(0.3％≤△εtot/2≤8.0％)的拉-压疲劳塑性变形特征.结果表明，在所考察的应变幅范围内，材料在循环初期均发生了明显的循环硬化，随后则趋于稳定或出现不同程度的循环软化，并且随着含碳量的增加循环软化更为显著.循环变形后材料的内部微观结构也随碳含量的增加逐渐由波状滑移型转变为平面滑移型位错组态，并且在大应变幅下形成了形变孪晶(孪晶簇)、亚晶等特殊的微观结构.Coffin-Manson曲线表明，相同应变幅下Fe-Mn-C系钢的疲劳寿命与材料的含碳量成负相关;而S-N曲线则显示相同应力水平下其疲劳寿命随材料含碳量的增加而增加.为了更公平地评价材料的低周及超低周疲劳性能，我们提出了一种基于塑性功原理的疲劳损伤和寿命预测模型.该模型主要通过考察材料的损伤容限(内禀疲劳韧性Wo)及其对外界所施加塑性功的抵抗和转化能力(损伤转化指数β)来揭示低周及超低周疲劳的损伤机制.通过对实验数据和建模结果的分析，发现Wo主要与材料的强韧性匹配以及循环应力-应变响应行为有关;而β则在宏观上主要与循环硬化指数呈负相关，在微观上取决于疲劳过程中塑性变形的均匀性，具体表现为材料内部位错的滑移方式，孪生和马氏体相交的发生程度，以及由此导致的表面损伤和疲劳裂纹扩展行为.对于Fe-Mn-C系高锰钢，碳含量的增加一方面促使其强韧性大幅提高，改善W0;而另一方面则加剧C-Mn短程有序程度，破坏了塑性变形的均匀性，恶化3.这两方面的综合作用导致碳元素有利于提高Fe-Mn-C系TRIP/TWIP钢的超低周疲劳性能，而不利于其低周疲劳性能.

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Fe-18Cr-18Mn-0.63N高氮无镍奥氏体不锈钢的疲劳变形与损伤行为

Fe-18Cr-18Mn-0.63N高氮无镍奥氏体不锈钢的疲劳变形与损伤行为

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：李小武邵琛玮石锋东北大学理学院材料物理与化学研究所东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室东北大学理学院材料物理与化学研究所

分别在恒应力幅和恒总应变幅下研究了18Cr-18Mn-0.63N高氮无镍奥氏体不锈钢的拉-拉和拉-压疲劳变形与损伤行为.恒应力幅下的拉-拉疲劳实验结果表明，该不锈钢的疲劳寿命与应力幅之间满足双线性Basquin关系.随着应力幅的增加，试样表面...

分别在恒应力幅和恒总应变幅下研究了18Cr-18Mn-0.63N高氮无镍奥氏体不锈钢的拉-拉和拉-压疲劳变形与损伤行为.恒应力幅下的拉-拉疲劳实验结果表明，该不锈钢的疲劳寿命与应力幅之间满足双线性Basquin关系.随着应力幅的增加，试样表面的损伤模式由滑移开裂逐渐转变为沿晶开裂.在低应力幅区，变形微观结构以平面滑移型位错结构和层错为主，并伴随有少量孪晶的形成;在高应力幅区，则主要为平面滑移型位错结构和孪晶，局部晶粒内出现波状滑移型位错结构和类孪晶带.这种不同应力幅下微观变形机制的差异是S-N曲线中出现一个明显拐点(即双线性Basquin关系)的根本原因.恒总应变幅下的拉-压疲劳实验结果表明，该不锈钢在所有应变幅下均表现出明显的初始持续循环软化行为，且随着总应变幅的增加，这种软化现象愈加明显，这主要与循环变形过程中短程有序的破坏以及位错间的长程反应有关.低、高应变幅下循环软化后分别进入应力饱和或准饱和阶段，该阶段占据整个疲劳寿命的绝大部分.在所有应变幅下，样品表面的开裂方式均以滑移开裂为主，随着应变幅的升高，沿晶开裂的趋势愈加明显，在最大应变幅下出现了沿孪晶界开裂现象.该不锈钢的塑性应变幅-疲劳寿命曲线满足双线性Coffin-Manson关系，即在高、低塑性应变幅范围其曲线的斜率(或疲劳塑性指数C)不同.这与其在不同应变幅下滑移变形方式的改变有关.在低应变幅下，其变形方式主要为位错的平面单滑移，随着应变幅的升高，多滑移和位错的波状滑移趋于开动，并伴随层错、少量变形孪晶以及亚晶的出现.

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Bi2Te3纳米结构热电材料及其性能调控

Bi2Te3纳米结构热电材料及其性能调控

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：骆军朱航天上海大学材料科学与工程学院

Bi2Te3是室温附近热电性能最好的材料,因此其热电性能优化兼具重要的科学研究和实际应用意义.近年来的理论和实验研究已经表明纳米化是提高热电优值的有效手段,从而Bi2Te3/Sb2Te3纳米结构,特别是一维纳米结构的制备和表征引起了广泛关注...

Bi2Te3是室温附近热电性能最好的材料,因此其热电性能优化兼具重要的科学研究和实际应用意义.近年来的理论和实验研究已经表明纳米化是提高热电优值的有效手段,从而Bi2Te3/Sb2Te3纳米结构,特别是一维纳米结构的制备和表征引起了广泛关注.然而Bi2Te3/Sb2Te3具有较特殊的各向异性晶体结构——属于层状结构且存在靠范德瓦尔斯力连接的相邻Te原子层,导致它们择优生长成六方盘状纳米结构.我们针对Bi2Te3/Sb2Te3一维纳米结构难以制备的关键问题,系统深入地开展了一维纳米结构的晶体生长设计、制备和生长机理等方面的研究,成功地合成了继承Te模板形貌的纳米棒、在模板外表面外延生长的纳米串、以及借助非平衡扩散Kirkendall效应得到的纳米管.以Te三翼纳米带为自消耗模板,首次制备了具有三次对称形状和准周期粗糙界面的Bi2Te3三翼纳米带人工结构,并实现了对表面和界面的双重调控,从而Bi2Te3三翼纳米带具有粗糙的表面、共格生长界面以及很薄的翼状结构,能够显著增强声子散射、提高热电性能.通过SPS快速烧结,我们还制备了以Bi2Te3单晶纳米管为基体的多孔块材,并研究了其热电性能.Bi2Te3多孔大块材料的热导率不仅显著低于Bi2Te3大块单晶材料,而且也小于大多数的Bi2Te3大块纳米材料,其热电优值随温度升高而增大,在464 K附近达到最大值0.77.相比于单相二元Bi2Te3样品,Bi2Te3多孔大块材料的热电性能显著提高.主要原因是：一是大量纳米孔洞和晶界的存在,有效增强了声子散射,从而热导率大幅度降低;二是高质量单晶纳米管结构以及SPS烧结导致的界面轻微融合,有利于构建载流子传输通道,保证了多孔大块材料的优良导电性.

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工程复合材料的左手化-超复合材料

工程复合材料的左手化-超复合材料

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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会

作者：秦发祥浙江大学

Co/Fe基的磁性微米丝因其尺寸小、软磁性能好、具备优异的GMI特性而备受研究者青睐。微米丝本身主要应用于磁、电、力等传感器。我们从复合材料的角度希望把微米丝引入到结构基体当中,在保证力学性能与结构完整性的基础上,使得结构复合...

Co/Fe基的磁性微米丝因其尺寸小、软磁性能好、具备优异的GMI特性而备受研究者青睐。微米丝本身主要应用于磁、电、力等传感器。我们从复合材料的角度希望把微米丝引入到结构基体当中,在保证力学性能与结构完整性的基础上,使得结构复合材料多功能化,从而实现对磁、力、热等外场的敏感响应。本工作通过把Co基微米丝以阵列的形式引入的玻纤预浸料基体中,依赖于微米丝的GMI特性,得到的微米丝复合材料其电磁参数(复介电常数、反射、透射)会随着施加磁场、应力的变化而变化,该种变化的规律和模式主要取决于微米丝的排布,即微米丝复合材料的介观结构。实验表明,在连续微米丝复合材料中,存在优化间距：随着微米丝的间距的减小,复电容率的变化率增大;但是间距过小时,plasma共振频率过大,超出测量范围。此外,微米丝的直径、长度都会影响微米丝的磁学特性以及微米丝之间的相互作用,进而影响整体复合材料的微波性能和对外场响应的特征。与Co基微米丝不同,Fe基微米丝没有良好的GMI性能,但自然铁磁共振频率较高。通过把Fe基微米丝以平行阵列或者正交阵列的形式埋入到结构聚合物基体中,利用plasma共振和自然铁磁反共振现象产生双负指数区域(负电容率、负磁导率),即超材料现象。实验表明,对于单行阵列微米丝的结构,存在临界间距：在临界间距以上,丝之间的交互作用弱,无法诱发双负现象;在临界间距以上,丝的反射过强,损耗过大。而对于正交阵列的结构,临界间距得益于另外一列丝在正交方向的加入而变大,阻抗匹配度提高,进而使得透射的强度也相应变强。此外,通过Co基与Fe基丝的交杂使用,使得本来受制于基体的双负透射峰变得外场可调。由短切Co基丝和Fe基连续丝混杂的结构则可实现抑止频带。这些实验结果都表明该种磁性微米丝多功能复合材料及超复合材料对于实现飞行器复合材料的结构健康监测、斗篷全隐身效应、及微波频段的各种应用具有重要的工程价值。

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