多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的吸波性能研究

论文摘要

由于特殊的微观结构,多壁碳纳米管材料拥有独特的力学、热学、电学性能。同时,它表现出优异的电磁波吸收性能,能够克服传统吸收剂频带窄、密度大、吸收强度低等不足之处,在军用和民用吸波材料方面有着广泛的用途。环氧树脂具有强度高、抗冲击韧性好、良好绝缘性等综合性能,是一种在工业中广泛应用的聚合物材料。将多壁碳纳米管加入到环氧树脂中制成复合材料,研究它的吸波性能有着重要的意义。本文从吸波材料的电磁波吸收机理出发,以多壁碳纳米管为主要吸收剂,环氧树脂为基体制备了多壁碳纳米管/环氧树脂吸波复合材料,并研究了它的电磁波吸收性能。首先,我们对多壁碳纳米管进行纯化处理,研究了空气氧化、硝酸处理等方式对碳管的纯化作用,以及多壁碳纳米管在环氧树脂中的分散性。其次,将纯化后的碳纳米管在真空中用NaOH进行高温碱处理,分析了不同浓度NaOH对多壁碳纳米管表面结构的影响。最后,将碱处理多壁碳纳米管通过一定的配比和浇铸工艺制备成碱处理多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。研究结果表明,对多壁碳纳米管进行机械球磨、空气煅烧氧化、硝酸氧化等处理方式可以使碳纳米管能够获得很高的纯度。在高温真空条件下,不同的碱处理浓度使碳管的表面产生不同的孔洞结构。碱处理多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的电磁波吸收曲线出现了双吸收峰,在低频的S波段（2GHz-4GHz）有良好的吸收特性。改变碳纳米管高温碱处理的浓度可使复合材料的最大吸收峰向高频方向移动,与此同时,吸收峰强度和吸波频宽也有所提高,这对于调整雷达吸波材料的吸波频段、吸波强度和吸波频宽有着十分重要的意义。测试结果还表明,将碱处理多壁碳纳米管和环氧树脂制备成的吸波复合材料的体积电阻率均在106-107Ω·cm数量级,表现出良好的抗静电的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论部分
• 1.1 引言
• 1.2 雷达隐身材料概论
• 1.2.1 雷达隐身技术分类
• 1.2.2 吸波材料的吸波原理
• 1.3 隐身材料研究进展
• 1.4 传统吸波材料
• 1.4.1 铁氧体吸波材料
• 1.4.2 金属粉末吸波材料
• 1.5 新型吸波材料
• 1.5.1 导电高分子吸波材料
• 1.5.2 新型纤维吸波材料
• 1.5.3 空心微球吸波材料
• 1.5.4 手性吸波材料
• 1.5.5 纳米吸波材料
• 1.6 课题的研究内容及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 第2章 碳纳米管的结构、性能及制备
• 2.1 碳纳米管的结构
• 2.2 碳纳米管的性能
• 2.2.1 碳纳米管的力学特性
• 2.2.2 碳纳米管的电学输运性质
• 2.2.3 碳纳米管的热学性质
• 2.3 碳纳米管的制备
• 第3章 多壁碳纳米管的纯化处理及结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料
• 3.3 实验设备及仪器
• 3.4 实验
• 3.4.1 多壁碳纳米管的预处理
• 3.4.2 多壁碳纳米管的硝酸处理
• 3.5 多壁碳纳米管的测试表征
• 3.5.1 热失重曲线测试
• 3.5.2 XRD衍射测试
• 3.5.3 扫描电子显微镜观察（SEM）
• 3.5.4 透射电子显微镜观察（TEM）
• 3.5.5 红外测试
• 3.6 结果分析与讨论
• 3.6.1 多壁碳纳米管的预处理分析
• 3.6.2 硝酸纯化作用分析
• 3.6.3 SEM、TEM和 XRD分析
• 3.6.4 红外光谱分析
• 3.7 小结
• 第4章 碳纳米管/环氧树脂材料的吸波性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料
• 4.3 实验设备及仪器
• 4.4 实验部分
• 4.4.1 多壁碳纳米管的高温碱处理
• 4.4.2 多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
• 4.5 复合材料性能测试
• 4.5.1 复合材料的吸波性能测试
• 4.5.2 复合材料的电阻率测试
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 高温碱处理多壁碳纳米管的形貌分析
• 4.6.2 添加方式、搅拌速度和温度对复合材料制备的影响
• 4.6.3 超声波对碳管分散的影响
• 4.6.4 碱处理的浓度对复合材料吸波性能影响
• 4.6.5 吸波机理分析
• 4.6.6 吸波复合材料的抗静电性能研究
• 4.7 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表的学术论文及研究成果