碳纳米管的表面改性及在吸波领域的应用研究

论文摘要

碳纳米管是1991年发现的碳元素的又一种同素异形体,是典型的一维纳米材料。碳纳米管结构特殊,性能独特,具有广泛的应用前景。由于表现出特殊的电磁性能,它在吸波领域拥有很大的应用潜力。文章通过对碳纳米管进行纯化、表面镀镍、表面负载γ-Fe2O3等处理,在改善碳纳米管分散性的同时,就表面改性后的碳纳米管在复合吸波材料中的应用展开了研究。首先对碳纳米管进行了纯化处理。采用浓硝酸与混合酸（H2SO4/HNO3=5/2）冷凝回流处理的方法对碳纳米管进行纯化。结果显示,碳纳米管表面的非晶碳、催化剂等杂质已被除去,纯度得到明显的改善,并在表面生成一定量的活性基团,分散性得到有效提高。其次,对碳纳米管表面镀镍、表面负载γ-Fe2O3进行研究。试验了钯活化和无钯活化两种镀镍方法,均得到良好镀层,尤其无钯活化镀镍,降低了实验成本,为大规模生产提供可能。纯化处理的碳纳米管负载一定量的Fe3+后进行一系列的还原氧化,得到负载有γ-Fe2O3纳米颗粒的碳纳米管。最后,对碳纳米管的电磁参数进行测量分析,并对碳纳米管/环氧树脂基复合吸波涂层材料的吸波性能进行研究,探讨了碳纳米管复合吸波涂层材料的吸波机理。结果表明,两种方法得到的镀镍样品性能无本质差别,与原始碳纳米管相比,镀镍碳纳米管复合材料的吸波峰向低频移动,出现在6.92GHz,峰值为-10.46dB,吸波频带宽度为2.46GHz（R<-10dB）和5.41GHz （ R<-6dB）。碳纳米管表面负载γ-Fe2O3后,吸波峰值继续向低频方向移动,出现在4.45GHz,峰值为-10.40dB,吸波频带宽度为1.70GHz（R<-10dB）和5.12GHz （ R<-6dB）。碳纳米管表面镀镍和负载γ-Fe2O3后吸收峰值虽然变小,但吸收峰都有宽化和向低频方向移动的趋势,这种趋势有利于制造宽频吸波材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景与研究内容
• 1.2 国内外吸波材料研究现状
• 1.2.1 隐身技术简介
• 1.2.2 吸波剂的研究与发展
• 1.3 碳家族
• 1.3.1 宇宙中的碳
• 1.3.2 地球上的碳
• 1.3.3 人类利用碳的历史
• 1.3.4 碳的四种同素异形体
• 1.4 碳纳米管的结构和性能
• 1.4.1 碳纳米管基本结构
• 1.4.2 多壁碳纳米管结构
• 1.4.3 碳纳米管基本性能
• 1.4.4 碳纳米管在雷达吸波材料方面的研究进展
• 第二章 碳纳米管的制备、纯化及分散方法
• 2.1 碳纳米管的制备方法
• 2.1.1 电弧法
• 2.1.2 催化裂解法
• 2.1.3 激光蒸发法
• 2.1.4 太阳能法
• 2.1.5 热解聚合物法
• 2.1.6 本实验中碳纳米管的制备方法
• 2.2 碳纳米管的纯化、分散方法
• 2.2.1 碳纳米管的纯化方法
• 2.2.2 碳纳米管的分散方法
• 2.3 实验与结果分析
• 2.3.1 仪器和药品
• 2.3.2 实验过程
• 2.3.3 结果
• 第三章 碳纳米管的表面改性研究
• 3.1 碳纳米管表面化学镀镍
• 3.1.1 碳纳米管表面钯活化镀镍
• 3.1.2 碳纳米管表面无钯活化镀镍
• 3.1.3 各因素对镀层质量的影响
• 3.1.4 化学镀镍的原理假说
• 2O₃微粒'>3.2 碳纳米管表面负载γ-Fe₂O₃微粒
• 2O₃ 的基本特性'>3.2.1 γ-Fe₂O₃的基本特性
• 2O₃ 的制备'>3.2.2 γ-Fe₂O₃的制备
• 2O₃ 的实验过程'>3.2.3 碳纳米管负载γ-Fe₂O₃的实验过程
• 3.2.4 结果分析
• 第四章 多壁碳纳米管的电磁波吸收性能研究
• 4.1 吸波材料衰减模式及吸波性能评价
• 4.1.1 吸波材料衰减模式
• 4.1.2 吸波材料的性能评价
• 4.2 碳纳米管电磁参数测量
• 4.3 碳纳米管复合材料反射率的测量
• 4.3.1 远场RCS 法和弓形测量法
• 4.3.2 碳纳米管反射率的测定
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 碳纳米管电磁参数分析
• 4.4.2 反射率分析
• 4.4.3 碳纳米管微波损耗机理的探讨
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果