碳纳米材料电磁特性研究.pdf

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1、碳纳米材料电磁特性研究温博2015年6月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540碳纳米材料电磁特性研究作者姓名温博学院名称材料学院指导教师曹茂盛教授答辩委员会主席俞大鹏教授申请学位工学博士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月ElectromagneticpropertiesofthenanoscalecarbonmaterialsCandidateName：BoWenSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.Mao-Shen

2、gCaoChair,ThesisCommittee：Prof.Da-pengYuDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：6，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构

3、的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要本论文研究了多壁碳纳米管以及石墨烯、石墨纳米片和石墨烯/四氧化三铁异质结构的制备及其电磁特性。探索了温度对多壁碳纳米管和石墨烯介电性能与电磁波衰减能力的影响。通过石墨烯和石墨纳米片电磁特性的对比研究，揭示了层数对二维石墨片层结构的介电性能和电磁屏蔽能力的影响。讨论了异质结构多重损耗对阻抗匹配的提升，讨论了复合材料微波吸收性能的温度稳定性。（1）多壁碳纳米管高温介电性能，电磁波屏蔽及微波吸收性

4、能本研究中，在8.2-12.4GHz的频率范围内，考察了多壁碳纳米管/二氧化硅复合材料在30-550℃温度范围内的介电性能。研究发现，由于多壁碳纳米管微电流网络电导率的正温度效应，虚部随温度增加而增强。通过考察碳纳米管的添加含量对介电常数的影响也发现，随着碳纳米管含量的增加，其介电常数的实部与虚部都有增加，这也是与导电网络的形成有关。计算散射参数，获得了对应频率和温度下的反射系数，吸收系数和电磁波屏蔽。结果表明，温度对反射系数，吸收系数以及电磁波屏蔽效率都有增强。计算单层吸收涂层的微波吸收性能，发现反射损耗随着温度的增加而减弱，并且也随着厚度和频率的变化而

5、变化，这些都可以归因于阻抗匹配效果的改变。（2）石墨烯和石墨纳米片介电性能及电磁屏蔽性能本研究中，通过对比石墨烯和石墨纳米片的介电性能，发现石墨烯复合材料的介电常数实部和虚部较石墨纳米片增强，源于石墨烯具有更大的比表面积和极化能力。计算散射参数获得了复合材料的反射系数，吸收系数以及电磁波屏蔽效率，结果表明，石墨烯复合材料具有更高的电磁波吸收系数，因此可获得更高的电磁波屏蔽效率。（3）石墨烯复合材料高温介电性能及电磁屏蔽性能考察了石墨烯在30-250℃温度范围内的介电性能。研究发现，化学方法制备的石墨烯，随着石墨烯填充量的增加，介电常数虚部的温度依赖特性由下

6、降变为上升，这是由于石墨烯复合材料会产生极化损耗和电导损耗。由于石墨烯电导率随温度的增加而增强，因此，增加石墨烯填充浓度，电导损耗逐渐成为介电损耗的主导，使的复合材料具有正温度依赖特性。计算获得了复合材料的电磁屏蔽效率，结果表明，氢碘酸/醋酸混合还原获得的石墨烯，其复合材料具有更强的屏蔽效率，20%填充浓度下，屏蔽效率达37.5dB。I北京理工大学博士学位论文（4）石墨烯/四氧化三铁高温介电性能及微波吸收性能本研究中，制备了石墨烯表面沉积四氧化三铁纳米颗粒的异质结构，并探索了其复合材料的高温介电性能和微波吸收能力。结果表明，附着的四氧化三铁纳米颗粒增加了复

7、合材料的磁导率和磁损耗，随温度增加而减弱。异质结构的介电损耗较石墨烯明显降低，改善了阻抗匹配能力，增加了复合材料的微波吸收性能。随着温度升高，20%填充浓度以上的石墨烯/四氧化三铁复合材料的介电损耗增强，磁损耗减弱，两者的协同作用使异质结构的复合材料微波吸收性能表现出较高的温度稳定性。关键词：碳纳米管；石墨烯；异质结构；电磁特性；电磁波衰减。II北京理工大学博士学位论文AbstractThispaperstudiedtheelectromagneticpropertiesofmulti-walledcarbonnanotubes，graphene,grap

8、hitenanoparticlesandgraphene/ferr