碳纳米管/导电聚合物复合材料的制备及其电磁波吸收性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:renbai
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随着在商业、工业和军事领域对电磁仪器的广泛应用,电磁污染变得越来越突出,因此开发高效、廉价以及轻量化的电磁波吸收材料已经成了研究热点。碳纳米管(CNT)由于具有独特的形态和结构已经在电磁波吸收领域具有潜在的应用。但是,CNT具有阻抗匹配较差、损耗机制单一等缺点。导电聚合物(CPs)被视为是一种优秀的电磁波吸收材料。其中,聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PANi)作为典型的CPs,不仅具有低密度、易于大规模工业生产的优点,而且还具有可调的电导率,有利于其实际应用。但是它们很难满足强吸收特性以及宽吸收带宽的要求,这严重制约了它们在电磁波吸收领域的实际应用。结构对复合材料的吸波性能有至关重要的影响。其中,构建可行的核壳结构通常被认为是一种提高电磁波吸收性能的有效方法。本论文采用了一种简单的原位化学氧化聚合法,通过控制反应条件,可以精准控制生长在CNT表面的PPy外壳的厚度和PANi尖刺状外壳的长度。通过对复合材料的结构表征测试发现,当吡咯(Pyrrole)在反应中添加量为0.1 m L时,制备的CNT@PPy具有最好的形貌;当苯胺(Aniline)在反应中添加量为0.3 m L时,制备的CNT@PANi具有最好的形貌。使用矢量网络分析仪对CNT@PPy和CNT@PANi复合材料在2.0-18.0 GHz范围内进行电磁波吸收性能测试,并且计算出在不同厚度下的反射损耗(RL)值。计算结果表明,CNT@PPy-2在厚度范围为1.3-1.9 mm时,其RL值全部小于-30 d B。当厚度为1.9 mm,频率为12.4 GHz时,有效吸波带宽(EAB)可以达到4.2 GHz,其RL最小(RL,min)值可以达到-51.2 d B;当厚度为2.0 mm,频率为11.8 GHz,其RL,min值可以达到-51.4 d B,对应的EAB为3.7 GHz。并且,通过对阻抗匹配、复介电常数、介电损耗正切值以及衰减系数的测试,分析了复合材料的吸波原理以及损耗机制。分析结果表明,所制备的核壳结构能引起介电损耗和阻抗匹配的增强,从而提高了复合材料对电磁波的吸收以及衰减能力。
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