多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能_沈国柱.pdf

文章编号:1674-7070(2012)05-0461-05

多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能

沈国柱1虞超1马荣1程国生1

摘要0引言
用石蜡分别与多壁碳纳米管及大内
径薄多壁碳纳米管按不同的质量比混自1991年被发现［1］，碳纳米管由于它极强的力学性能和独特的
合，制得了复合吸波材料．采用同轴法测
电磁学性能，受到了各国科研工作者越来越多的关注．至今人们已对
量了复合材料在2～18Ghz范围内的复
介电常数和复磁导率，并计算了材料对碳管本身的性质展开了十分广泛而深入的研究．研究表明，碳纳米管
微波的反射率，分析了其吸波性能．结果具有质量轻，耐高温，抗腐蚀等优良的性能［2-10］，再加上它独特的结构
表明:碳纳米管复合材料在2～18Ghz
及介电性能，使其成为一种有前途的吸波剂［11］．目前，对于碳纳米管
范围具有吸波性能．其中质量分数为
15%的多壁碳纳米管的最大吸收峰在的吸波机理还不清楚，一种观点认为，一方面，碳纳米管作为偶极子
10.4Ghz，其值为－21.7dB，质量分数为在交变电场的作用下，产生极化电流，电磁波的能量转换为其他形式
的大内径薄壁多壁碳纳米管的最大
15%的能量;另一方面，瑞利散射效应和界面极化也有助于碳纳米管复合
吸收峰在11.2Ghz，值为－17.6dB．
［］
关键词材料的微波吸收12．
碳纳米管;介电常数;磁导率;反碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种．单壁碳
射率
纳米管一般直径在1～3nm之间，而多壁碳纳米管可以看作是多个单
［11］
中图分类号TB332壁碳纳米管相互嵌套而成的．本文使用多壁碳纳米管与大内径薄
文献标志码A壁多壁碳纳米管两种材料，以不同的质量比分别与石蜡混合，制备吸
波复合材料样品．测试了这两类复合材料的复介电常数和复磁导率，
讨论了多壁碳纳米管和大内径薄壁碳纳米管的吸波性能及影响因素．

1实验

1.1复合材料制备
实验用原料为中国科学院成都有机化学有限公司生产的多壁碳
纳米管(纯度＞95%，比表面积＞500m2/g，电导率＞100s/Cm，堆密
度约为0.2700g/Cm3)与大内径薄壁碳纳米管(纯度＞90%，比表面
积＞200m2/g，电导率＞100s/Cm，堆密度约为0.0441g/Cm3)．把这
两种原料按照一定的质量比分别与石蜡混合放入烧杯中，在70℃的
水浴中加热至石蜡熔化，用玻璃棒充分搅拌均匀，再在室温下冷却凝
固，得到试验用复合材料．
表1为多壁碳纳米管复合材料组成．

收稿日期
2011-06-07表1多壁碳纳米管复合材料组成
基金项目国家自然科学基金(11104146)
作者简介Table1ComponentsofMWCNTsComposites
沈国柱，男，博士，副教授，研究领域为材样品碳纳米管质量分数石蜡质量分数
料学[e-mail]
1#0.050.95
2#0.100.90
1南京信息工程大学物理与光电工程学院，
南京，2100443#0.150.85
沈国柱，等．多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能．
462ShENGuozHu，etal．StudyonmiCrowaVeabsorbingpropertiesofmulti-walledCarbonnanotubes．

表2为大内径薄壁碳纳米管复合材料组成．

表2大内径薄壁多壁碳纳米管复合材料组成
Table2Componentsoflargeinnerdiameter-tHinwalled
CarbonnanotubesComposites
样品碳纳米管质量分数石蜡质量分数

4#0.050.95
5#0.100.90
6#0.150.85

1.2材料测试
碳纳米管形貌通过JEM2100型透射电子显微
镜(TEM)观察．按上述比例，将不同组成的复合材料
制成外径为7mm，内径为3mm的一定厚度的圆环，
置于同轴线中，采用AgilentE8363C矢量网络分析
仪在2～18Ghz范围测量其复介电常数和复磁
导率．

2结果和讨论

2.1形貌分析
实验采用的碳纳米管形貌如图1所示．图1a是
多壁碳纳米管的TEM图，由图1a可以看出，多壁碳
纳米管的外径小于8nm，内径约为2～5nm．图1b
为大内径薄壁碳纳米管的TEM图，碳纳米管外径约图1碳纳米管的TEM图
为30～60nm，内径约为20～50nm．Fig．1TEMimagesofCNTs

2.2材料的电磁参数
下列图中ε'为复介电常数的实部，ε″为复介电
常数的虚部，μ'为复磁导率的实部，μ″为复磁导率的
虚部．
图2为多壁碳纳米管复合材料的复介电常数随
电磁波频率的变化曲线．由图2可看出，随着多壁碳
纳米管质量分数的增加，其介电常数的实部也相应
地增加，而且对每种复合材料，总体来说