镍包覆碳纤维复合材料磁性能调控及磁导率张量等效模型构建

为解决磁性多功能复合材料中磁性能精确调控难题，研究人员开展了镍包覆碳纤维(Ni-CF)复合材料等效磁导率预测模型研究。通过分析磁各向异性、纤维体积分数和纤维弯曲度对材料磁性能的影响，提出了一种考虑纤维弯曲和退磁因子的修正混合规则模型。该模型预测精度显著优于传统混合规则和Maxwell-Garnett理论模型，为磁性复合材料设计提供了重要理论工具。

　　

在磁性多功能复合材料蓬勃发展的背景下，精确调控材料磁性能成为关键科学问题。相对磁导率(relative magnetic permeability)作为评估磁性材料的基础参数，其等效计算对纤维复合材料尤为重要。传统模型基于组分体积分数和物理性质估算，但受限于纤维均匀分布和无磁相互作用等理想假设。

针对镍包覆碳纤维(Ni-coated carbon fiber)复合材料缺乏有效预测模型的现状，研究团队系统考察了纤维及其复合材料的磁学行为。重点解析了磁各向异性(magnetic anisotropy)、纤维体积分数(fiber volume fraction)和纤维弯曲度(fiber crimping)三大因素对材料磁性能的影响规律。

创新性地提出改进型混合规则模型(modified mixture rule model)，该模型突破性地引入纤维弯曲和退磁因子(demagnetization factors)的修正项。实验验证表明，新模型对复合材料磁各向异性行为的预测精度显著优于常规混合规则(mixture rule)和Maxwell-Garnett理论模型，为功能性磁性复合材料的设计开发提供了可靠的理论工具。图文摘要生动展示了Ni-CF复合材料的制备流程及不同模型的预测效果对比。