碳纳米管电磁特性

孙秀丽 王茂毅

(1.山东省威海市文登区葛家中学 264200； 2.山东省威海市文登区秀山实验幼儿园 264200)

图1

图2

一、吸波性能

单纯碳纳米管具备良好的导电性能,但其复介电系数的实部和虚部都很大,难于与空气阻抗匹配,微波入射时会与空气界面产生较强的反射,故其自身不能作为微波吸波材料来使用.但碳纳米管与其它聚合物形成的复合材料则能够改良材料特性,减小其复介电常数的实部和虚部,改善材料与空气的阻抗匹配,提高聚合物对电磁波的损耗,使其应用于微波吸收领域.

图3

图3给出了不同浓度碳纳米管/高密度聚乙烯复合材料的介电系数实部和虚部.从图3(a)中可以看出介电系数实部随着壁碳纳米管的含量增加而增加.图3(b)中,当碳纳米管含量超过逾渗阈值5%,复合材料的虚部发生明显改变,从而改变其导电机制.

二、屏蔽性能

碳纳米管的导电性能大部分由其结构参数,管径、管长以及螺旋对称结构来决定,不同的管状结构和连接方式可以使碳纳米管呈现出导体、半导体或者绝缘体的性质.通过选择性地控制复合材料中碳纳米管的含量以及种类来改良其导电性以及稳定性.这种能定量改变复合物电学性能的特征使得碳纳米管在导电材料、电磁屏蔽材料等方面都有着很大的发展前景.

三、力学性能

碳纳米管提升复合材料力学性能的两个主要性质包括高模量和高强度.碳纳米管对于复合材料的力学增强主要是改变其本身的长径比以及管径尺寸,碳纳米管与基体材料的界面结合情况也是影响复合材料力学强度的因素之一.故复合材料中碳纳米管往往是决定其力学性能的关键.现有研究表明碳纳米管能够明显改善复合材料的拉伸强度,同时温度也是影响复合材料力学性能的重要因素,但并没有对复合材料的其它性能造成明显的影响.含碳纳米管复合材料具有高模量、高强度、低密度和尺寸稳定等优良力学性能,可以广泛应用于航天航空、能源交通和体育器材等领域.