基于人工智能的碳纳米管及其复合材料的介电性能和电磁屏蔽效能研究

发布时间：2020-09-16 18:10

　　碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片卷曲成的中空管体。它具有很高的长径比、优良的延伸率、弯曲性、弹性模量、耐强酸强碱性及热学性能。因此,碳纳米管具有很大的应用前景,近些年一直是国内外研究的热点。随着计算机科学与技术的迅猛发展,计算机在当今世界的各个领域日益发挥巨大的作用。在材料科学领域,计算机也成为极其重要的工具。基于专家系统和人工神经网络的特点,将其结合在一起共同建立了碳纳米管复合材料人工神经网络专家系统。(1)专家系统的组成可分为:数据库管理功能、神经网络训练功能和神经网络预测功能。(2)使用SQL Server 2005建立了碳纳米管复合材料数据库,实现了对碳纳米管复合材料专家数据的管理。(3)对BP神经网络进行了改进,并利用BP神经网络进行网络训练,从已有的专家实验数据中获取有关材料组分、工艺、和性能之间的规律。(4)根据网络训练的结果预测单壁碳纳米管/聚氨酯复合材料在碳纳米管含量为20%时,在8.5~12GHz,电磁屏蔽效能大约在15.27~15.81dB,并且其介电常数的变化较为平稳;多壁碳纳米管/硅橡胶导电高分子材料在碳纳米管含量为8%时,在100~1000MHz,电磁屏蔽效能大约在24.79~26.71dB;单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料在碳纳米管含量为15%时,在8.5~12GHz,电磁屏蔽效能趋于平缓,大约在22.8~23.56dB,且其介电常数的变化也较为平稳。本文对碳纳米管的介电性能、光学性质和电磁屏蔽效能做了研究,分析了单壁碳纳米管的能带结构和态密度。根据第一性原理的计算结果,发现:(1)锯齿型管的能隙随着直径的增大表现出振荡起伏,扶手椅管的能隙随着直径的变化为先增大后减小,第一性原理计算得出的结果与紧束缚方法得出的结果是不同的。(2)结构不同的SWCNTs具有不同的光学性质。随着SWCNTs直径的增加,出现消光系数特征峰所对应的频率范围在减小;最强吸收峰的强度趋于减弱,其最强峰对应的频率也趋于减小;(n,0)型出现反射峰对应的频率范围在减小,而最强反射峰出现的频率与对应的反射系数是振荡的,(n,n)型反射峰的频率范围也在减小,而最强反射峰出现的频率大约位于5.38~6.20eV。(3)随着单壁碳纳米管直径的增大,其介电常数2?在红外波段,即大约在0~1.5eV的峰值变化缓慢,峰值对应的频率变化是振荡的。(4)单壁碳纳米管在高频段的电磁屏蔽效能高于低频段,在0~400THz随着频率的增加电磁屏蔽效能逐渐增加。对于锯齿型管,在0~450THz,直径越大,吸收损耗越小,在650~810THz直径越大,吸收损耗越大。对于扶手椅型管,在0~420THz,直径越大,吸收损耗越大。把碳纳米管的优良的物理性质融入到复合材料中可以全面的提高材料的各种性能。由第一性原理的计算结果,通过选择单壁碳纳米管的结构可以对材料性能进行改善,将对单壁碳纳米管在光电子器件及电磁屏蔽方面的应用提供参考价值。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TP183;TB33

【参考文献】