氧化石墨烯/碳纳米管/环氧复合吸波材料的制备与研究

bb20920d · 发表于 2022-4-20 12:34:34

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雅宝题库解析：
碳纳米管（CNTs，Carbon Nanotubes）因分散性不好，优良的电磁性能不能充分发挥。而氧化石墨烯(GO, Graphene Oxide)具有双亲特性可作为CNTs的分散剂，且其保留部分石墨烯的电磁特性。本研究将GO添加到碳纳米管/环氧树脂(CNTs/Epoxy)复合材料中，研究其对CNTs/Epoxy复合材料的吸波性能的影响。研究初期制备了边长几十微米，层片厚度为1nm左右的GO。当CNTs/GO含量在5:1~15:1之间，超声1小时，GO可以提高CNTs在四氢呋喃（THF）中的分散。为研究GO对复合材料电磁性能影响，首先制备了氧化石墨烯/环氧树脂(GO/Epoxy)复合材料。此材料属电损耗型吸波材料，其介电性能变化符合导电网络模型，GO含量为0.4wt%时，介电性能出现跃迁，吸波性能在低频有所提高。但总体GO/Epoxy复合材料吸波性能没有明显提高，这是由于GO固有的介电性能与树脂相近，因此，GO不适于单独用作吸波剂。CNTs/Epoxy树脂复合材料介电性能在2wt%与6wt%两处出现跃迁，此时分别形成二维和三维的完整导电网络。CNTs/Epoxy复合材料吸波性能随着CNTs含量的提高而不断提高，当达到6wt%变化趋于平缓。CNTs含量为6wt%时，复合材料在16.3GHz左右最低反射率为-21 dB，反射率低于-10 dB的峰宽为2.5 GHz。进而制备的氧化石墨烯/碳纳米管/环氧树脂(GO/CNTs/Epoxy)复合材料中，GO起到分散剂作用。对于总填料含量为2wt%的GO/CNTs/Epoxy复合材料，当GO含量为0.3wt%时，填料分散状态最好；而总填料含量为6wt%时，GO含量为0.4wt%分散状态最好。在最佳的分散状态下，复合材料具有最大的介电损耗。总填料含量为6wt%时，采用GO替代部分CNTs(0.4wt%)后，反射率达到了-25GHz，R＜-10dB的频宽为3GHz。综合材料的电磁参数结果、材料断口形貌分析以及吸波理论，吸波性能提高是由于其建立起一种理想的分布结构，提高了电磁波在材料内部的散射损耗。GO/CNTs/Epoxy复合材料，反射率略有下降，频宽有所扩展，另外其阻抗提高，更加接近于1，因此有望应用于多层复合吸波材料的匹配层。

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