SiO<,2>/CNT/C<,f>层状吸波复合材料的制备及性能研究

来源 :中国科学院上海硅酸盐研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rudy_luo
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现代社会中存在日益严重的电磁污染。吸波材料作为防止电磁污染的一种有效手段,已经获得了广泛应用。开展新型吸波材料的研制具有重要的现实意义。碳纳米管(CNTs)具有密度小、力学性能优异、电磁参数可调的特点,是一种很好的电磁波吸收剂。   吸波材料需要同时满足表面的阻抗匹配特性和内部的电磁波衰减特性,然而电磁波吸收剂本身难以同时满足这两个要求。通过选择合适的基体材料与电磁波吸收剂进行复合,有望提高吸波效率。选用CNTs作电磁波吸收剂,石英(SiO2)作基体复合而成的CNT/SiO2复合材料已经表现出较好的力学性能和相对优异的微波衰减性能。但是CNTs含量的增加会破坏材料表面的阻抗匹配特性,增强材料表面对入射电磁波的反射,不利于吸波性能的提高。采用层状梯度设计是减少表面反射、提高吸波性能的有效途径。此外,连续碳纤维(Cf)对电磁波具有良好的反射性能,可用作层状梯度吸波材料的反射层。   基于以上分析,本论文综合利用CNTs的吸波性能和力学性能,Cf的反射性能和力学性能以及SiO2陶瓷基体的透波性能,通过CNT/SiO2层状梯度设计减小表面反射、增强吸收,通过Cf/SiO2反射层进一步增强吸波效率,然后用干压成型法和一次热压烧结工艺,制备了致密的SiO2/CNT/Cf层状吸波复合材料。显微结构表明Cf基本保持了定向排列;CNTs含量不同,对应层的微结构也不同,层与层之间的界面较为清晰。研究表明SiO2/CNT/Cf层状吸波复合材料具有对电磁波低反射、高吸收的特性,是一种很好的吸波材料;在引入Cf/SiO2反射层后,材料的抗弯强度大幅提高,具有较好的力学性能;在经过400℃保温10h的热处理后,SiO2/CNT/Cf层状复合材料仍然显示出良好的吸波性能,较聚合物基吸波材料具有明显优势,是一种很有前途的结构型吸波材料。   论文进一步研究表明,在除去表面反射的影响后,SiO2/CNT/Cf层状复合材料的有效吸收系数都接近1,影响吸波性能的主要因素是材料表面的反射。用溶胶-凝胶法制备的SiO2粉可以减少SiO2/CNT/Cf层状复合材料表面对电磁波的反射,增强吸波效果;设法提高材料的磁导率也是降低材料表面对电磁波反射的有效途径;在不破坏CNTs独特结构与性能的基础上,将SiO2包覆在CNTs表面,可以改善CNTs在SiO2基体中的分散性以及两者之间的界面结合力,是提高复合材料力学性能和吸波性能的途径。
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