3D打印碳纳米管/壳聚糖复合材料的电磁屏蔽性能
发布时间：2021-06-25 02:14
碳纳米管及其复合材料具有电导率高、重量轻、表面积大、环保、密度低、化学稳定性好等一系列优点,是制备集轻、薄、高电磁屏蔽性能于一体的理想材料。然而在碳纳米管复合材料的研究中,碳纳米管容易团聚的问题会制约碳纳米管复合材料的电导率和电磁屏蔽等性能。另外在制备碳纳米管聚合物复合材料时,材料成型的微结构不可控,且结构重现性非常差。针对上述问题,本课题提出采用球磨的方法来实现碳纳米管在复合材料中的均匀分散,并且采用具有微结构可精确控制、重现性强以及无需成型模具等特点的3D打印技术作为成型方式,通过研究制备打印墨水时的球磨时间和碳纳米管浓度,探究打印组件与导电性和电磁屏蔽性能之间的关系,本课题的主要研究内容包括如下几个方面:（1）采用球磨的方式制备碳纳米管在复合材料中均匀分散的3D打印墨水,通过改变球磨参数中的球磨时间,探究3D打印多孔网状结构的碳纳米管/壳聚糖组件的导电性和电磁屏蔽特性。结果显示,球磨时间的增加可以有效提升碳纳米管/壳聚糖复合材料组件的电导率和电磁屏蔽性能。最佳的球磨时间出现在8h,在8.2GHz-12.4GHz的频率范围内,电磁屏蔽效能值最高可以达到25.1d B。（2）通过制备...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传输线法电磁屏蔽机理图
天津工业大学硕士学位论文6图1-2CNT/GTR复合材料的成型流程及其电导和电磁屏蔽性能[32]Huang等采用三种不同长径比的CNTs制备了CNT/环氧复合材料，研究了长径比和壁厚对EMI屏蔽的影响。结果发现，三组SWCNTs复合材料在低载荷下的SE差异较小，但当CNTs载荷增加时，长SWCNTs复合材料的SE增长最快，而短SWCNTs复合材料的SE增长最慢。CNTs含量为15%，厚度为2mm时，测定了长径比CNTs、退火后的短径比CNTs和短径比碳纳米管复合材料的屏蔽效能SE分别为25、21和16dB[33]。Mathur等人比较了溶剂浇铸法制备的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料的性能，得到的屏蔽效能在10vol%的浓度下可以达到18dB(8-12GHz，t=0.3mm)，这与样品电导率直接相关。采用溶剂浇铸法在聚氨酯中分散CNTs。含量为20%的纳米粒子的加入使SE提高到18dB(8-12GHz，t=2mm)。其中反射是主要的屏蔽机制，但吸收的相对贡献随着填料含量的增加而增加[34]。Arjmand等人报道了面向流体和随机分布的MWCNTs填料在聚碳酸酯(PC)复合材料中，通过搅拌均匀混合聚碳酸酯和碳纳米管(15wt%MWCNT)，然后进行注射成型或压缩成型。据报道，CNTs在MWCNTs/PC复合材料中的有序排列显著提高了电阻率和渗透阈值，而CNTs的随机分布提高了碳纳米管与低渗阈值接触的可能性。当CNTs的含量为5%wt%时，MWCNT/PC复合材料(厚度1.85mm)的EMISE约为25dB，反射损耗约为4.5dB[35]。
第一章绪论71.3.3碳纳米管/磁性粒子复合材料磁粒子对电磁波的损耗具有非常大的作用。通过Ni、Fe、Co、FeCo以及羰基铁等磁性颗粒及其氧化物Fe3O4、CoFe2O4等对CNTs进行改性。CNTs/磁性颗粒复合材料更大的饱和磁化强度可以保证其较好的电磁波损耗性能。Lin等合成了CNTs/Fe纳米线复合材料，其最大RL为22.73dB[36]。Yang等人合成了CNTs/钴纳米复合材料，磁性粒子钴均匀分布在CNTs表面，复合材料的最大RL为36.5dB。制备的多磁性金属合金复合材料，如棒状的FeCo/CNTs，结果显示在12.56GHz时，FeCo/CNTs复合材料的最大RL为46.5dB，有效的电磁波吸收带宽为3.92GHz[37]。Gui等人报道称CNTs与w型六方铁氧体的结合在28GHz下具有优异的电磁波吸收性能。在8.5GHz条件下，CNTs/w型六方体铁氧体复合材料的最大RL达到21.9dB[38]。Li等人采用简单的溶剂热法制备了致密涂层的CNTs/Fe3O4复合材料和疏松涂层的CNTs/Fe3O4复合材料。制备的复合材料的微观结构和电磁波吸收性能如图1-3所示。结果显示制备的复合材料的有效电磁波吸收带宽为8.3GHz[39]。图1-3CNTs/Fe3O4复合材料的微观结构和电磁波吸收性能综上所述，碳纳米管及其复合材料在电磁屏蔽领域扮演着非常重要的角色。然而在实际应用中，纯碳纳米管和碳纳米管/磁性颗粒复合材料的机械强度、柔韧性等功能性远远达不到要求。而碳纳米管/聚合物复合材料以种类多样、可加工性强、成本低、导电和高强度等功能性卓越尤为受人青睐，实际应用中广泛作
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物及其复合材料的微成型加工研究进展[J]. 杨其,李光宪. 高分子通报. 2013(09)
[2]低压空气中直流电弧法制备单壁碳纳米管[J]. 周鹏,苏言杰,赵江,杨志,张亚非. 功能材料与器件学报. 2012(03)
[3]以生物质为催化剂化学气相沉积制备碳纳米管[J]. 史建华,赵建国,邢宝岩,赵仁,胡双启,郭永. 新型炭材料. 2012(03)
[4]聚苯胺包覆短碳纤维的制备及电磁性能研究[J]. 喻冬秀,陈明涛,皮丕辉,文秀芳,程江,杨卓如. 高校化学工程学报. 2009(01)
[5]复合材料基体固化成型工艺综述[J]. 诸爱士,郑传祥,成忠. 浙江科技学院学报. 2008(04)
[6]各向异性超常媒质矩形波导的导波特性研究[J]. 孟繁义,吴群,傅佳辉,杨国辉. 物理学报. 2008(09)
[7]多壁碳纳米管的CVD法制备[J]. 林天津,朱燕娟,张伟,谢红波,张春华,黄亮国. 广东工业大学学报. 2007(04)
[8]定向生长碳纳米管阵列的制备及其应用研究进展[J]. 周小康,周明,吴春霞,袁润. 材料导报. 2007(S1)
[9]介质纤维束波导电磁波传播特性分析[J]. 田加胜,董天临,占腊民,石坚. 红外与毫米波学报. 2004(05)
[10]定向生长碳纳米管的研究进展[J]. 王必本,王万录,刘高斌,Seungho Choi. 重庆大学学报(自然科学版). 2002(08)
本文编号：3248285
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传输线法电磁屏蔽机理图
天津工业大学硕士学位论文6图1-2CNT/GTR复合材料的成型流程及其电导和电磁屏蔽性能[32]Huang等采用三种不同长径比的CNTs制备了CNT/环氧复合材料，研究了长径比和壁厚对EMI屏蔽的影响。结果发现，三组SWCNTs复合材料在低载荷下的SE差异较小，但当CNTs载荷增加时，长SWCNTs复合材料的SE增长最快，而短SWCNTs复合材料的SE增长最慢。CNTs含量为15%，厚度为2mm时，测定了长径比CNTs、退火后的短径比CNTs和短径比碳纳米管复合材料的屏蔽效能SE分别为25、21和16dB[33]。Mathur等人比较了溶剂浇铸法制备的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料的性能，得到的屏蔽效能在10vol%的浓度下可以达到18dB(8-12GHz，t=0.3mm)，这与样品电导率直接相关。采用溶剂浇铸法在聚氨酯中分散CNTs。含量为20%的纳米粒子的加入使SE提高到18dB(8-12GHz，t=2mm)。其中反射是主要的屏蔽机制，但吸收的相对贡献随着填料含量的增加而增加[34]。Arjmand等人报道了面向流体和随机分布的MWCNTs填料在聚碳酸酯(PC)复合材料中，通过搅拌均匀混合聚碳酸酯和碳纳米管(15wt%MWCNT)，然后进行注射成型或压缩成型。据报道，CNTs在MWCNTs/PC复合材料中的有序排列显著提高了电阻率和渗透阈值，而CNTs的随机分布提高了碳纳米管与低渗阈值接触的可能性。当CNTs的含量为5%wt%时，MWCNT/PC复合材料(厚度1.85mm)的EMISE约为25dB，反射损耗约为4.5dB[35]。
第一章绪论71.3.3碳纳米管/磁性粒子复合材料磁粒子对电磁波的损耗具有非常大的作用。通过Ni、Fe、Co、FeCo以及羰基铁等磁性颗粒及其氧化物Fe3O4、CoFe2O4等对CNTs进行改性。CNTs/磁性颗粒复合材料更大的饱和磁化强度可以保证其较好的电磁波损耗性能。Lin等合成了CNTs/Fe纳米线复合材料，其最大RL为22.73dB[36]。Yang等人合成了CNTs/钴纳米复合材料，磁性粒子钴均匀分布在CNTs表面，复合材料的最大RL为36.5dB。制备的多磁性金属合金复合材料，如棒状的FeCo/CNTs，结果显示在12.56GHz时，FeCo/CNTs复合材料的最大RL为46.5dB，有效的电磁波吸收带宽为3.92GHz[37]。Gui等人报道称CNTs与w型六方铁氧体的结合在28GHz下具有优异的电磁波吸收性能。在8.5GHz条件下，CNTs/w型六方体铁氧体复合材料的最大RL达到21.9dB[38]。Li等人采用简单的溶剂热法制备了致密涂层的CNTs/Fe3O4复合材料和疏松涂层的CNTs/Fe3O4复合材料。制备的复合材料的微观结构和电磁波吸收性能如图1-3所示。结果显示制备的复合材料的有效电磁波吸收带宽为8.3GHz[39]。图1-3CNTs/Fe3O4复合材料的微观结构和电磁波吸收性能综上所述，碳纳米管及其复合材料在电磁屏蔽领域扮演着非常重要的角色。然而在实际应用中，纯碳纳米管和碳纳米管/磁性颗粒复合材料的机械强度、柔韧性等功能性远远达不到要求。而碳纳米管/聚合物复合材料以种类多样、可加工性强、成本低、导电和高强度等功能性卓越尤为受人青睐，实际应用中广泛作
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物及其复合材料的微成型加工研究进展[J]. 杨其,李光宪. 高分子通报. 2013(09)
[2]低压空气中直流电弧法制备单壁碳纳米管[J]. 周鹏,苏言杰,赵江,杨志,张亚非. 功能材料与器件学报. 2012(03)
[3]以生物质为催化剂化学气相沉积制备碳纳米管[J]. 史建华,赵建国,邢宝岩,赵仁,胡双启,郭永. 新型炭材料. 2012(03)
[4]聚苯胺包覆短碳纤维的制备及电磁性能研究[J]. 喻冬秀,陈明涛,皮丕辉,文秀芳,程江,杨卓如. 高校化学工程学报. 2009(01)
[5]复合材料基体固化成型工艺综述[J]. 诸爱士,郑传祥,成忠. 浙江科技学院学报. 2008(04)
[6]各向异性超常媒质矩形波导的导波特性研究[J]. 孟繁义,吴群,傅佳辉,杨国辉. 物理学报. 2008(09)
[7]多壁碳纳米管的CVD法制备[J]. 林天津,朱燕娟,张伟,谢红波,张春华,黄亮国. 广东工业大学学报. 2007(04)
[8]定向生长碳纳米管阵列的制备及其应用研究进展[J]. 周小康,周明,吴春霞,袁润. 材料导报. 2007(S1)
[9]介质纤维束波导电磁波传播特性分析[J]. 田加胜,董天临,占腊民,石坚. 红外与毫米波学报. 2004(05)
[10]定向生长碳纳米管的研究进展[J]. 王必本,王万录,刘高斌,Seungho Choi. 重庆大学学报(自然科学版). 2002(08)
本文编号：3248285
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