碳納米管電磁特性

孫秀麗 王茂毅

(1.山東省威海市文登區(qū)葛家中學(xué) 264200； 2.山東省威海市文登區(qū)秀山實(shí)驗(yàn)幼兒園 264200)

圖1

圖2

一、吸波性能

單純碳納米管具備良好的導(dǎo)電性能,但其復(fù)介電系數(shù)的實(shí)部和虛部都很大,難于與空氣阻抗匹配,微波入射時(shí)會(huì)與空氣界面產(chǎn)生較強(qiáng)的反射,故其自身不能作為微波吸波材料來(lái)使用.但碳納米管與其它聚合物形成的復(fù)合材料則能夠改良材料特性,減小其復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部,改善材料與空氣的阻抗匹配,提高聚合物對(duì)電磁波的損耗,使其應(yīng)用于微波吸收領(lǐng)域.

圖3

圖3給出了不同濃度碳納米管/高密度聚乙烯復(fù)合材料的介電系數(shù)實(shí)部和虛部.從圖3(a)中可以看出介電系數(shù)實(shí)部隨著壁碳納米管的含量增加而增加.圖3(b)中,當(dāng)碳納米管含量超過(guò)逾滲閾值5%,復(fù)合材料的虛部發(fā)生明顯改變,從而改變其導(dǎo)電機(jī)制.

二、屏蔽性能

碳納米管的導(dǎo)電性能大部分由其結(jié)構(gòu)參數(shù),管徑、管長(zhǎng)以及螺旋對(duì)稱結(jié)構(gòu)來(lái)決定,不同的管狀結(jié)構(gòu)和連接方式可以使碳納米管呈現(xiàn)出導(dǎo)體、半導(dǎo)體或者絕緣體的性質(zhì).通過(guò)選擇性地控制復(fù)合材料中碳納米管的含量以及種類來(lái)改良其導(dǎo)電性以及穩(wěn)定性.這種能定量改變復(fù)合物電學(xué)性能的特征使得碳納米管在導(dǎo)電材料、電磁屏蔽材料等方面都有著很大的發(fā)展前景.

三、力學(xué)性能

碳納米管提升復(fù)合材料力學(xué)性能的兩個(gè)主要性質(zhì)包括高模量和高強(qiáng)度.碳納米管對(duì)于復(fù)合材料的力學(xué)增強(qiáng)主要是改變其本身的長(zhǎng)徑比以及管徑尺寸,碳納米管與基體材料的界面結(jié)合情況也是影響復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度的因素之一.故復(fù)合材料中碳納米管往往是決定其力學(xué)性能的關(guān)鍵.現(xiàn)有研究表明碳納米管能夠明顯改善復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,同時(shí)溫度也是影響復(fù)合材料力學(xué)性能的重要因素,但并沒(méi)有對(duì)復(fù)合材料的其它性能造成明顯的影響.含碳納米管復(fù)合材料具有高模量、高強(qiáng)度、低密度和尺寸穩(wěn)定等優(yōu)良力學(xué)性能,可以廣泛應(yīng)用于航天航空、能源交通和體育器材等領(lǐng)域.