碳纳米材料电磁特性研究

发布时间：2020-11-18 16:49

　　 本论文研究了多壁碳纳米管以及石墨烯、石墨纳米片和石墨烯/四氧化三铁异质结构的制备及其电磁特性。探索了温度对多壁碳纳米管和石墨烯介电性能与电磁波衰减能力的影响。通过石墨烯和石墨纳米片电磁特性的对比研究,揭示了层数对二维石墨片层结构的介电性能和电磁屏蔽能力的影响。讨论了异质结构多重损耗对阻抗匹配的提升,讨论了复合材料微波吸收性能的温度稳定性。(1)多壁碳纳米管高温介电性能,电磁波屏蔽及微波吸收性能本研究中,在8.2-12.4 GHz的频率范围内,考察了多壁碳纳米管/二氧化硅复合材料在30-550℃温度范围内的介电性能。研究发现,由于多壁碳纳米管微电流网络电导率的正温度效应,虚部随温度增加而增强。通过考察碳纳米管的添加含量对介电常数的影响也发现,随着碳纳米管含量的增加,其介电常数的实部与虚部都有增加,这也是与导电网络的形成有关。计算散射参数,获得了对应频率和温度下的反射系数,吸收系数和电磁波屏蔽。结果表明,温度对反射系数,吸收系数以及电磁波屏蔽效率都有增强。计算单层吸收涂层的微波吸收性能,发现反射损耗随着温度的增加而减弱,并且也随着厚度和频率的变化而变化,这些都可以归因于阻抗匹配效果的改变。(2)石墨烯和石墨纳米片介电性能及电磁屏蔽性能本研究中,通过对比石墨烯和石墨纳米片的介电性能,发现石墨烯复合材料的介电常数实部和虚部较石墨纳米片增强,源于石墨烯具有更大的比表面积和极化能力。计算散射参数获得了复合材料的反射系数,吸收系数以及电磁波屏蔽效率,结果表明,石墨烯复合材料具有更高的电磁波吸收系数,因此可获得更高的电磁波屏蔽效率。(3)石墨烯复合材料高温介电性能及电磁屏蔽性能考察了石墨烯在30-250℃温度范围内的介电性能。研究发现,化学方法制备的石墨烯,随着石墨烯填充量的增加,介电常数虚部的温度依赖特性由下降变为上升,这是由于石墨烯复合材料会产生极化损耗和电导损耗。由于石墨烯电导率随温度的增加而增强,因此,增加石墨烯填充浓度,电导损耗逐渐成为介电损耗的主导,使的复合材料具有正温度依赖特性。计算获得了复合材料的电磁屏蔽效率,结果表明,氢碘酸/醋酸混合还原获得的石墨烯,其复合材料具有更强的屏蔽效率,20%填充浓度下,屏蔽效率达37.5 dB。(4)石墨烯/四氧化三铁高温介电性能及微波吸收性能本研究中,制备了石墨烯表面沉积四氧化三铁纳米颗粒的异质结构,并探索了其复合材料的高温介电性能和微波吸收能力。结果表明,附着的四氧化三铁纳米颗粒增加了复合材料的磁导率和磁损耗,随温度增加而减弱。异质结构的介电损耗较石墨烯明显降低,改善了阻抗匹配能力,增加了复合材料的微波吸收性能。随着温度升高,20%填充浓度以上的石墨烯/四氧化三铁复合材料的介电损耗增强,磁损耗减弱,两者的协同作用使异质结构的复合材料微波吸收性能表现出较高的温度稳定性。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ127.11;TB383.1
【部分图文】：

图 1 碳的轨道杂化模型及同素异形体结构NT）可以被认为是石墨卷曲成的圆柱状一维纳米材料，存在单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（管，根据石墨片卷曲方向的手性分类，存在金属型及

图 2 碳纳米管及其微观结构[1]碳纳米管已经在薄膜器件中表现出非常可观应用潜力，例如，单壁碳纳米管基复合材料，当填充密度接近其渗流阈值附近时表现出半导体行为。厚0 纳米范围内的碳纳米管薄膜具有高光学透明性和导电性，能够替代铟锡氧

图 3 碳纳米管的研究进展[11-38]石墨（Graphite），可以定义为碳原子 SP2杂化所形成的无穷大三维堆叠层状晶体维晶体层之间通过范德华力相互作用。石墨烯，其碳原子是通过西格玛键和构成面六角结构无限延伸组成的。碳原子中未成键的自由电子，会在垂直于六角平面
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本文编号：2888948