碳纳米管在吸波材料中吸波性能影响因素

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碳纳米管，由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，是径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口的一维量子材料。碳纳米管还具有吸收峰的等离子共振频移，可通过改变吸收峰的位移来控制吸收频带的带宽。这些特点使碳纳米管具备了制备可控吸波频率的复合材料的条件。目前对碳纳米管吸波特性的应用，是将其作为吸波剂添加到聚合物中，制备出兼备吸波性能和优越力学性能的吸波材料。碳纳米管与聚合物的复合可以实现组元材料的优势互补，最经济有效地利用碳纳米管的独特吸波和力学性能。其优点主要表现为：吸波剂添入量少，复合密度低，易于得到轻质复合材料；对电磁波的吸收强，且吸波频率宽；在具备吸波性能的同时，具备复合材料的良好力学性能。这正是研制新一代“薄、轻、宽、强”吸波隐身材料的一个重要方向。

孙晓刚将不同质量分数的碳纳米管（5 % , 8 % , 10 % ,20 %）和环氧树脂充分混合, 制成复合吸波涂料并涂覆在铝板上制成吸波涂层，研究表明吸波峰、峰值和吸波频带宽度均随碳纳米管含量不同而变化, 随着碳纳米管加载量的增加,吸波峰值有向低频段移动的趋势。碳纳米管加载质量分数为 8 %和10 %时,复合材料吸波性能最佳8%碳纳米管加载量,峰值最大,达到－22. 55 dB ,波峰出现在12. 32GHz,带宽分别为2. 56 GHz (R<-8dB)和 4.00 GHz(R<-5dB)。10%碳纳米管添加量,带宽最大,分别达到2. 80GHz(R<-8dB )和7. 00GHz(R<-5dB) ,波峰出现在13.67GHz,峰值为-14.59dB。

张增富研究了单壁、多壁碳纳米管(聚团状、阵列状)以及未纯化与纯化后碳纳米管在2～18 GHz 范围内的电磁波吸收性能。通过测定不同结构碳纳米管粉体的介电常数以及磁导率,得到损耗因子及衰减常数大小顺序为: 阵列状多壁碳纳米管>原生聚团状多壁碳纳米管>纯化聚团状多壁碳纳米管>原生单壁碳纳米管>纯化后单壁碳纳米管. 相比多壁碳纳米管, 单壁碳纳米管衰减常数随频率变化较小, 且具有较宽的吸收峰。

曹茂盛等制备的添加8wt %碳纳米管的吸波材料在8～40GHz波段有明显的吸收。随材料厚度的增加,吸收峰移到14 GHz ,向低频移动。厚度为5.5mm的吸波试样,对应于频率为10GHz的反射率为- 8dB。

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