多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能_沈国柱.pdf

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1、文章编号:1674-7070(2012)05-0461-05多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能1111沈国柱虞超马荣程国生摘要0引言用石蜡分别与多壁碳纳米管及大内径薄多壁碳纳米管按不同的质量比混自1991年被发现［1］，碳纳米管由于它极强的力学性能和独特的合，制得了复合吸波材料．采用同轴法测电磁学性能，受到了各国科研工作者越来越多的关注．至今人们已对量了复合材料在2～18GHz范围内的复介电常数和复磁导率，并计算了材料对碳管本身的性质展开了十分广泛而深入的研究．研究表明，碳纳米管微波的反射率，分析了其吸波性能．

2、结果具有质量轻，耐高温，抗腐蚀等优良的性能［2-10］，再加上它独特的结构表明:碳纳米管复合材料在2～18GHz［11］及介电性能，使其成为一种有前途的吸波剂．目前，对于碳纳米管范围具有吸波性能．其中质量分数为15%的多壁碳纳米管的最大吸收峰在的吸波机理还不清楚，一种观点认为，一方面，碳纳米管作为偶极子10.4GHz，其值为－21.7dB，质量分数为在交变电场的作用下，产生极化电流，电磁波的能量转换为其他形式15%的大内径薄壁多壁碳纳米管的最大的能量;另一方面，瑞利散射效应和界面极化也有助于碳纳米管复合吸收峰在

3、11.2GHz，值为－17.6dB．［12］关键词材料的微波吸收．碳纳米管;介电常数;磁导率;反碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种．单壁碳射率纳米管一般直径在1～3nm之间，而多壁碳纳米管可以看作是多个单［11］中图分类号TB332壁碳纳米管相互嵌套而成的．本文使用多壁碳纳米管与大内径薄文献标志码A壁多壁碳纳米管两种材料，以不同的质量比分别与石蜡混合，制备吸波复合材料样品．测试了这两类复合材料的复介电常数和复磁导率，讨论了多壁碳纳米管和大内径薄壁碳纳米管的吸波性能及影响因素．1实验1.1复合材料制备

4、实验用原料为中国科学院成都有机化学有限公司生产的多壁碳2纳米管(纯度＞95%，比表面积＞500m/g，电导率＞100s/cm，堆密3度约为0.2700g/cm)与大内径薄壁碳纳米管(纯度＞90%，比表面23积＞200m/g，电导率＞100s/cm，堆密度约为0.0441g/cm)．把这两种原料按照一定的质量比分别与石蜡混合放入烧杯中，在70℃的水浴中加热至石蜡熔化，用玻璃棒充分搅拌均匀，再在室温下冷却凝固，得到试验用复合材料．表1为多壁碳纳米管复合材料组成．收稿日期2011-06-07表1多壁碳纳米管复合材料组

5、成基金项目国家自然科学基金(11104146)Table1ComponentsofMWCNTscomposites作者简介沈国柱，男，博士，副教授，研究领域为材样品碳纳米管质量分数石蜡质量分数料学．shengz@nuist．edu．cn1#0.050.952#0.100.901南京信息工程大学物理与光电工程学院，南京，2100443#0.150.85沈国柱，等．多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能．462SHENGuozhu，etal．Studyonmicrowaveabsorbingpropertiesofmu

6、lti-walledcarbonnanotubes．表2为大内径薄壁碳纳米管复合材料组成．表2大内径薄壁多壁碳纳米管复合材料组成Table2Componentsoflargeinnerdiameter-thinwalledcarbonnanotubescomposites样品碳纳米管质量分数石蜡质量分数4#0.050.955#0.100.906#0.150.851.2材料测试碳纳米管形貌通过JEM2100型透射电子显微镜(TEM)观察．按上述比例，将不同组成的复合材料制成外径为7mm，内径为3mm的一定厚度的圆

7、环，置于同轴线中，采用AgilentE8363C矢量网络分析仪在2～18GHz范围测量其复介电常数和复磁导率．2结果和讨论2.1形貌分析实验采用的碳纳米管形貌如图1所示．图1a是多壁碳纳米管的TEM图，由图1a可以看出，多壁碳纳米管的外径小于8nm，内径约为2～5nm．图1b为大内径薄壁碳纳米管的TEM图，碳纳米管外径约图1碳纳米管的TEM图Fig．1TEMimagesofCNTs为30～60nm，内径约为20～50nm．2.2材料的电磁参数下列图中ε'为复介电常数的实部，ε″为复介电常数的虚部，μ'为复磁导率

8、的实部，μ″为复磁导率的虚部．图2为多壁碳纳米管复合材料的复介电常数随电磁波频率的变化曲线．由图2可看出，随着多壁碳纳米管质量分数的增加，其介电常数的实部也相应地增加，而且对每种复合材料，总体来说，其介电常数实部随着频率的增加而降低，在多壁碳纳米管质量分数较高时，如2号、3号样品的介电常数随着频率的变化较明显，1号样品基本处于平稳状态;另外，可以看到，在2～8GHz的频段，材料的介电常