不同管经碳纳米管电磁特性与吸波性能研究

加 入 适 量 酒 精 ，在 高 速 乳 化 机 下 剪 切 分 散 ， 分 散 均 匀 后 蒸 干 研 磨 成 粉 末 ，将 粉 末 填 充 到
铜 质 标 准 法 兰 中并 压 实 ，制 成 外 径 为 ７ ｍｍ， 内径 为３ ｍ，高 度 在２ ｍｍ 间 的 圆 孔 形 同 ｍ ～５ 之 轴样 品。 ２３电磁参 数测试 ．
加 ， 在 ｌ ４ １ ４ ．Ｎｐｍ之 间 。 ７ ～ ３ ２９ ／
图 ６不 同 管 径 ＧＮ ｓ 衰 减 常 数 反 射 率 曲线 Ｔ的
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高 层 论 坛
Ａ ｕｔ Ｏｒ ｔ ＦＯ ｒ ｍ ｉｙ ｈ ｕ
…ｕｍ ｔ ｒｔ ｒ ２２样 品的制作 ． 将 称量 好 的切 片石 蜡 置于 干净 的烧 杯 中 ， 加 热 使 其 融 化 ，然 后 分 别 加 入 不 同管 径 的碳 纳 米 管 ，迅 速 搅 拌 ，使 其 混 合 均 匀 ，冷 却 后 用 研 钵 研 磨 ，再熔 融 搅 拌 ， 如此 反 复３ ； 再 次
３ ～ ０ ｍ的 Ｃ Ｔ 的 介 电 损 耗 角 正 切 ｔ ６ ０ ５ｎ Ｎ ｓ ａ 较 ｎ
大。
根 据 公式 ： 、
可 计算 得 到材 料 特 征 阻
抗 ， 并对 复 数 取 模 进 行 比较 。 图４ 不 同 管径 是 Ｃ Ｔ 的特 征 阻抗 。 随 电磁 波 频 率 的增 加 ， 管 Ｎ ｓ 径 为２ ～ ０ ３ ～ ０ ｍ的Ｃ ｓ ０ ３和 ０ ５ｎ ＮＴ 的特 征 阻抗 呈现
Ｒ ２１ Ｆ ２１ ｆ 一 ／ ／ ＝０ ｇ ＝０ ｇ ｚ）Ｚ＋ ｏ ｏ （＂ ｎ
Ｉ ／ ＧＨｚ
（ ２ ）
式 中， Ｚ Ｚ√ ， ａｈ ‘ 为输入阻抗 ， ｉ ０ ／ ｔ （ ． ￡ ｎｙ
Ｚ： ／ 为真空阻抗， ＝ ２ √ ／为 ０ √。 。 ￡ 丫 Ｉ兀 Ｃ ／厂
复 传 播 因子 ，
曲线 。
Ｖ２ ｃ
√”一 ｓ 、 ” ｅ ＋
（ １ ）
式 中 ， ｒ ” 分 别 为 相 对 介 电常 数 的实 １ Ｅ 、 ７ ｒ － 、 ’ 、 部 、 虚 部 及 相 对 磁 导 率 的实 部 、虚 部 ， （为 Ｊ Ｏ 角 频 率 ，ｃ 光 速 。 Ｎ 图５ 不 同 管径Ｃ Ｔ 的衰 减 常 数 。 随 电磁 是 Ｎ ｓ 波 频 率 的增 加 ，Ｃ ｓ ＮＴ 的衰 减 常 数 不 断 增 加 。
１引 言
碳 纳米 管 具有特 殊 的电磁特 性 、优 异 的力 学性 能和 稳 定 的物化 性质 等特 点 。，使得 碳纳 米 管 的 电磁 特 性 明显 不 同 于其 他 已知 的碳 结 构材 料 。碳 纳 米 管 不仅 具 有较 高 的介 电损耗
角 正 切 ， 依 靠 介 质 的 电 子 极 化 或 界 面 极 化 衰 减 吸 收 电 磁 波 ， 而 且 由 于 量 子 限 域 效 应 ， 电
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ＣＮＴ 外径（ ｍ］ 比表面 积 （ ／ ） ｓ ｎ ｍ ｇ
１ ２ ３ ２Ｏ Ｏ ～３ ３０～ ０ ５ ５Ｏ ０ ～８ ＞１ Ｏ １ ＞６ ０ ＞４ ０
长度（ｍ）
～ ２Ｏ —２ ０ ～２ ０
２ １ 年 第 ９ 第 １ （ 第４ 期 ）ｉ ０ ２ 卷 期 总 ６
黛蕊嘲
ｌｈ ． Ｆｒ ｌｔ ｏ ｍ ｉ ｉ ￣ ｕ
增 大 的 趋 势 ， 而 管 径 为 ５ ～ ０ ｍ的Ｃ ｓ 特 ０ ８ｎ ＮＴ 的 征 阻抗 变 化 较 小 。 管 径 为２ ～ ０ ｍ的Ｃ Ｔ 的 ０ ３ｎ Ｎ ｓ 特 征 阻 抗在 １９２ １ ５ Ｑ 间 。当管 径 增加 到 ０． ３． 之 ～ ７ ３ ￣ ０ ｍ时 ，Ｃ ｓ ～ ０ Ｈ ｛ 频段 特 征 阻抗 ０５ｎ ＮＴ在２ １ Ｇ ｚＬ ￣ 变 化较 小 ，而 在 １～ ８ Ｈｚ 段 特 征 阻 抗 有 一 ０ １Ｇ 波 定 增 加 。 当 管 径 进 一 步 增 加 到 ５ ～ ０ ｍ时 ， ０８ｎ Ｃ ｓ ～ ８ Ｈ 波 段 特 征 阻 抗 明 显 减 小 ， 在 ＮＴ 在２ １ Ｇ ｚ
ｓ ＝ ｓ ’
．
图４不 同 管 径 ＣＮ ｓ 特 征 阻 抗 Ｔ的
， ＝
Ｉ ” 为 复磁 导率， ，
，” 复 介 电 常 数 ，厂 电磁 波 频 率 ， ￡为 为
ｃ 为真空 中的光速 ，ｄ 为涂 层 厚度 。
３３不 同管径ＣＮ ｓ ． Ｔ 衰减 常数
电磁 波 在材 料 中传 播 的衰减 特 性是 材料 吸 波 性 能 的 关 键 。 根 据 电 磁 波 传 输 理 论 ， 衰 减
摘 要 ：采 用ＨＰ ８ １Ｂ 波 矢量 网络分析仪 测试 了３ 不 同管径碳 纳米 管（ 一 ５０ 微 种 ＣＮＴ ） 电磁参数 ，并对 ｓ 的 三者 的 电磁 参 数进行 比较 。结果表 明Ｃ ｓ 管径不 同，其 电磁 性 能也有 所 变化 ，随 着ＣＮＴ 管径 ＮＴ 的 ｓ 增 加 ，其 复 介 电 常数 虚部 不 断增加 ，在 １－ ８ Ｈｚ ０ １ Ｇ 高频段 ，管径 为３ － ０ ｍ的Ｃ ｓ 电损耗 角正 ０ ５ｎ ＮＴ 介 切 较 大 。根 据 电磁 波 传 输 线 理 论 计 算 了３ 碳 纳 米 管 的反 射 率 曲 线 ，厚 度 为２０ 种 ． ｍｍ时 ，管 径 为 ３ － （ ｍ的Ｃ ｓＪ ０ ５ｎ ） ＮＴ ￣ 吸波性 能最佳 ，模 拟反 射率峰值 为一 ６ ４ Ｂ：管径 为２ ￣ ０ ｍ的Ｃ ｓ 拟反 射 ４ ２． ｄ ２ ０ ３ｎ ＮＴ 模 率峰 值 为一 ２５ ｄ １ ． Ｂ：管径５ ￣ ０ ｍ的Ｃ ｓ 拟反射 率峰 值 为－ ４１ Ｂ ２ ０ ８ｎ ＮＴ 模 ２． 。 ｄ 关键 词 ：碳 纳米 管 ， 电磁特 性 ；吸波性能 ｌ
３２ ～ ．２ 间 。 在 １～ｌＧＨｚ 频 段 ， 管 径 为 ．０ ６０ 之 ０ ８ 高
苔
图２ 不 同管径ＣＮＴ 的复介 电 常数虚 部 ｓ
耍
誊
器 乐 ，
Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ＧＨ ｒｑ ｅ ｃ ／ ｚ
图３不 同管径ＣＮＴ 的 介 电损耗 角正 切 ｓ
３２不 同管径ＣＮ ｓＡ １ 复合体 的特征 阻抗 ． Ｔ ／Ｔ ３
从 图 中 观 察 可 知 ， Ｃ ｓ 吸 波 性 能 进 一 ＮＴ 的
参考 文献：
管 径 为 ２ ～ ０ ｍ的 Ｃ Ｔ 的 衰 减 常 数 在 ０ ３ｎ Ｎ ｓ
１ ６５ ｌ５ ． ｐｍ 间 。 当 管 径 增 加 到 ４． ６ Ｎ ／之 ～１ ４ ３ ～ ０ ｍ时 ，Ｃ Ｔ 的 衰 减 常 数 变 化 较 小 ，在 ０５ｎ Ｎｓ
ｌ ５ ｌ９６ ／ ５ ～ｌ０ ．Ｎｐｍ之 间 。 当 管 径 进 一 步 增 加 到 ５ ～ ０ ｍ时 ， Ｃ ｓ 衰 减 常 数 出 现 一 定 增 ０８ｎ ＮＴ 的
而 层 Ａ ｕｔ ｈＯｒ ｔ 卜ＯＦ ｉｙ
不 同 管 经 碳 纳 米 管 电 磁 特 性
与 吸 波 性 镌 研 究
汪 刘应’ ，刘 顾 ’ ，吴 承 亮 ，陈 桂 明 ’
（． １ 第二 炮兵 工程 学院五 系 ，陕西 西安 ７ ０ ２ ；２第二 炮兵９ ６ ９ 队 ，北 京 １ ０ ８ ） １０５ ． ６ ６部 ０ ０ ０
碳 纳米 管本 身的纯 度 、管径等 特性对 其 电磁特 性 以及 吸波效 果 同样具有 重要 的意义 。因此 ， 本文对 不 同管径 的碳纳 米管 的 电磁特 性 进行 了 研 究 ，并根据 电磁 波传 输线理 论计 算 了不 同管 径 的碳 纳米 管 的吸波性 能 ，探 讨管 径对 电磁 参 数和吸波性 能 的影 响规律 。
常 数 可 通 过 下 式 计 算 ：
ｃ ： ｃ
将 测试 得 到 的 电磁 参数 代 入 公 式 （） ， ２中 应 用Ｍａ ａ ７ １ 件 计 算 得 到Ｃ ｓ 反 射 率 。 ｔ ｂ ．软 ｌ ＮＴ 的 图６ 厚度 为２ ０ 是 ． ｍｍ时 ，不 同管径Ｃ Ｔ 反 射 率 Ｎ ｓ
表 １ＧＮ 主 要 技 术 指 标 Ｔｓ
能 ， 同 时 具 有 频 带 宽 、质 量 轻 、 兼 容 性 好 等 特 点 ，是新 一代 最 具发 展潜 力 的吸波材 料 。 国 内外 有 关碳 纳米 管 吸波 性 能 的研 究 取得 了积 极 的成 果 。其 中包 括 碳 纳 米 管 与 聚 合 物 等 复 合 材 料 的 电磁 特 性 与 吸 波 性 能 ，以及 ， 对 对碳 纳米 管 进行 的包 覆及 填充 改性研 究 。 ，
２实 验 方 法
２ １实 验 材 料 ．
子 在 碳 纳 米 管 中 的运 动 是 沿 轴 向 的 ，碳 纳 米 管 表 现 出 金 属 或 半 导 体 特 性 ， 有 利 于 电磁 波
的 衰 减 吸 收 。。 碳 纳 米 管 表 现 出 优 良 的 吸 波 性
实 验 所 用 的 碳 纳 米 管 是 采 用 催 化 裂 解 法 制备 的 ，其主 要技 术指 标 如表 １ 列 。 所
９ ．～１ ８７ ７０ ｌ ．Ｑ之 问 。
图５不 同管 径ＣＮ ｓ Ｔ 的衰 减 常数
３４不 同管径Ｃ Ｔ 的模拟反 射率 ． Ｎ ｓ 根据 电磁 波 传 输 理 论 ， 当频 率 为ｆ 的均 匀 平 面 电 磁波 垂 直 射 入 表 面 涂 覆 单 层 吸 波 材 料 的 导 体 时 ， 材 料 对 电 磁 波 的 反 射 率 为 。： 。
图 １不 同 管 径 ＣＮＴ 的 复 介 电 常 数 实 部 ｓ
将 依 上述 方法 制作 好 的样 品放 在校 准好 的 Ｈ 一５ ０ 微 波 矢 量 网络 分 析 仪 上 ，采 用 同轴 Ｐ８ １Ｂ
传 输 反 射 法 测 量 不 同管 径 的碳 纳 米 管 与 石 蜡 复 合 体 的 电磁 参 数 ， 测 试 的频 率 范 围 为２ ～
１ ＧＨｚ ８ 。