碳纳米管的处理及其复合材料吸波和导电性能研究

论文摘要

碳纳米管（CNTs）是一种新型的纳米碳材料,由于它具有极其特殊的电学、力学和磁学性能,现在已经成为纳米技术中研究的热点之一。将碳纳米管与其它高分子材料制成复合材料,不仅能增强材料的力学性能,而且还能赋予其导电、微波吸收性能。本文通过对碳纳米管进行预处理和化学镀钻,在改善其分散性的同时,对其复合材料的吸波性能和电学性能展开研究。具体的研究工作主要在以下几个方面。首先,对碳纳米管预处理进行了研究。采用浓硝酸回流与超声波振荡处理相结合的方法对碳纳米管进行纯化处理,用KOH和NaOH高温活化、Fenton试剂进行表面处理。由透射电镜检测结果可知,纯化处理后的碳纳米管表面的非晶碳、催化剂等杂质都已除去,纯度得到了明显的提高;KOH和NaOH高温活化后的碳纳米管管端口打开,管壁出现凹凸起伏,比表面积增大;由红外检测结果可知,经过Fenton试剂进一步处理,管壁接上羟基和羰基,为敏化活化处理提供了更好的条件。其次,对碳纳米管的表面化学镀钴进行了研究。将预处理后的碳纳米管进行化学镀钴,可以得到表面沉积有金属钴的碳纳米管。并且,对化学镀钴的微观过程、影响因素和相关机理进行了分析了探讨。最后,对碳纳米管/环氧树脂复合材料的雷达吸波性能和导电性能进行了研究。本文将原生、镀钴和NaOH高温活化处理的三种多壁碳纳米管分别分散到环氧树脂中制成三种多壁碳纳米管/环氧树脂吸波复合材料,用弓型法测量了它们在2.0GHz-18.0GHz频段内的雷达吸波性能。测量数据表明,三种不同的吸波复合材料的主吸收峰处于不同的频段。原生多壁碳纳米管复合材料的主吸收峰位于C频段4.01GHz处,镀钴多壁碳纳米管复合材料和NaOH高温活化处理多壁碳纳米管复合材料的吸收峰都向高频移动,分别位于X频段10.72GHz和Ku频段15.6GHz处,吸收强度和吸收带宽也有所提高。这对于调整雷达吸波材料的吸波频段和拓宽吸波频宽有着重要意义。同时,体积电阻率测试结果表明,添加碳纳米管后,复合材料体积电阻率有了非常大的下降,具备抗静电的能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究内容
• 1.1.1 吸波材料研究背景和意义
• 1.1.2 本论文的主要研究内容
• 1.2 碳纳米管简介
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 碳纳米的结构
• 1.2.3 碳纳米管的性能和应用
• 1.2.4 碳纳米管的制备方法
• 1.3 雷达隐身技术概述
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 雷达波段的用途
• 1.3.3 雷达探测目标的工作原理
• 1.3.4 雷达吸波材料
• 1.3.5 涂覆型雷达吸波材料的组成
• 1.4 碳纳米管/聚合物复合材料的雷达吸波研究进展
• 第二章 碳纳米管的镀前预处理
• 2.1 理论依据
• 2.1.1 纯化
• 2.1.2 碱高温活化
• 2.1.3 Fenton试剂处理
• 2.1.4 敏化活化处理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 纯化
• 2.2.2 碱高温活化
• 2.2.3 Fenton试剂处理
• 2.2.4 敏化活化处理
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 浓硝酸纯化回流时间对失重率的影响
• 2.3.2 多壁碳纳米管的TEM分析
• 2.3.3 多壁碳纳米管XRD图谱分析
• 2.3.4 Fenton试剂处理分析
• 2.3.5 多壁碳纳米管红外光谱（FTIR）分析
• 2.3.6 敏化活化分析
• 2.4 小结
• 第三章 碳纳米管化学镀钴研究
• 3.1 引言
• 3.2 理论背景
• 3.2.1 化学镀钴机理
• 3.2.2 影响因素
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 实验步骤
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 镀钴微观过程
• 3.4.2 镀钴碳纳米管SEM分析
• 3.4.3 镀钴碳纳米管XRD分析
• 3.5 小结
• 第四章 碳纳米管复合材料吸波和导电性能研究
• 4.1 雷达吸波涂层的吸波原理
• 4.2 吸收剂的吸波机理
• 4.2.1 吸收剂吸波的普遍原理
• 4.2.2 碳纳米管吸收剂的新型吸波机理探讨
• 4.3 雷达吸波材料（RAM）反射率弓形法测量方法
• 4.3.1 RAM弓形法测量原理
• 4.3.2 弓形法测量系统
• 4.4 导电率测试方法
• 4.5 实验部分
• 4.5.1 碳纳米管预处理
• 4.5.2 吸波测试样品制备
• 4.5.3 体积电阻率测试样品制备
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 复合材料的吸波性能分析
• 4.6.2 复合材料导电性分析
• 4.7 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果