碳納米管復(fù)合材料微波吸收性能的模擬計算及其優(yōu)化.pdf

1、吸波涂層能有效地吸收某一頻段的電磁輻射，其減少電磁污染的效果優(yōu)于電磁屏蔽，廣泛被應(yīng)用于國防軍事和民用防微波輻射技術(shù)。含碳納米管的復(fù)合材料具有吸波頻譜范圍廣、吸收強(qiáng)度大的特點，是當(dāng)今材料領(lǐng)域研究的熱點之一。因此研究含碳納米管的復(fù)合材料在軍用技術(shù)和民用技術(shù)等方面有巨大的應(yīng)用前景。本論文主要研究碳納米管復(fù)合材料等效電磁參數(shù)的理論計算，碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料微波吸收性能的模擬計算，陣列式碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合吸波涂層的設(shè)計和碳納米管/磁性氧

2、化物復(fù)合材料微波吸收性能的優(yōu)化與制備。
　　材料的吸波性能以及阻抗特性完全取決于其電磁參數(shù)。不同形態(tài)、不同型號的碳納米管的微波吸收性能有一定的差別，主要原因是碳納米管電磁參數(shù)的差異引起的?；陔娮桦娙菥W(wǎng)絡(luò)模型（cuming公式）和碳納米管的等效電路模型，研究碳納米管/環(huán)氧樹脂（碳納米管/石蠟）等復(fù)合材料的等效電磁參數(shù)的計算。結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合材料中碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，碳納米管管徑從10nm增大到50nm時，復(fù)介電常數(shù)的實部和虛部

3、均有增大的趨勢;碳納米管的管長從5μm增大到65μm時，復(fù)合材料復(fù)介電常數(shù)實部和虛部也有增大的趨勢。復(fù)介電常數(shù)隨管徑、管長變化的模擬計算值與文獻(xiàn)給出的實驗結(jié)果較為一致;利用所建立的電磁參數(shù)公式，對碳納米管/鎳鐵氧體復(fù)合材料進(jìn)行模擬計算，結(jié)果表明，電磁參數(shù)的模擬計算值與實驗值的變化規(guī)律較為一致。
　　碳納米管/非導(dǎo)電聚合物是最簡單的復(fù)合材料之一。因此模擬計算這類復(fù)合材料的微波吸收性能較為簡單，而且具有代表性?；陔姶挪ㄔ谟泻慕橘|(zhì)中的

4、傳播與吸收規(guī)律和等效傳輸線模型，討論了微波以任意角度入射時反射率的計算;在等效電磁參數(shù)計算模型的基礎(chǔ)上，研究涂層的參數(shù)（碳納米管管長、管徑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、涂層厚度）對碳納米管/環(huán)氧樹脂涂層吸波性能的影響。結(jié)果表明，隨碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，涂層的微波反射率與實驗結(jié)果較為一致。利用微波垂直入射時的反射率與碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)、涂層厚度、以及微波頻率的四維切片圖，研究了碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合吸波涂層的設(shè)計。
　　陣列式碳納米管的排列和取向較為

5、有規(guī)律。因為陣列式碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中，碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，所以相鄰碳納米管間的相互影響較為明顯。因此，陣列式碳納米管等效電磁參數(shù)的計算不能忽略碳納米管間的相互作用?；谔技{米管的等效電路模型、平行載流導(dǎo)線的互抗計算模型和等效傳輸線理論，研究了微波垂直入射于陣列式碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的吸波性能及其涂層的設(shè)計。結(jié)果表明，當(dāng)碳納米管間距為200nm，碳納米管管長為1mm時，微波反射率隨涂層厚度的變化規(guī)律與文獻(xiàn)實驗結(jié)果較為接

6、近。
　　雖然碳納米管具有非常強(qiáng)的介電損耗能力，但是其復(fù)介電常數(shù)實部和虛部均非常大，所以碳納米管與空氣阻抗完全不匹配，這些原因?qū)е聠渭兲技{米管的吸波效果較差。在碳納米管中添加磁性氧化物，如鈷鐵氧體或鎳鐵氧體等，可以減小碳納米管的復(fù)介電常數(shù)，同時可以增加材料的磁導(dǎo)率，即增強(qiáng)碳納米管復(fù)合材料與空氣的阻抗匹配能力。采用溶膠凝膠法制備鈷鐵氧體和鎳鐵氧體，然后將碳納米管與鈷鐵氧體（鎳鐵氧體）和石蠟混合，得到了含碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10％，