纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
第27卷 第2期2007年4月 航 空 材 料 学 报
JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSVol127,No12 April 2007
纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
张 昕1, 刘顺华1, 段玉平1, 管洪涛2, 温 斌1
(11大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116085;21云南大学物理学院,昆明650091)
摘要:基于单一吸收剂无法达到良好的微波吸收效果,利用纳米二氧化锰掺杂炭黑颗粒制备了一种新型的复合吸收剂,并进行TEM形貌表征,介电性能分析以及微波吸收性能的测试。结果表明,炭黑属于电阻型损耗介质,主要呈球形多孔状;二氧化锰属于介电损耗介质,特殊的条形片状结构增加了电磁波在机体内的反射次数和散射截面,高电阻特性有效改善了吸波平板材料的输入波阻抗匹配程度,从而大大改善炭黑的微波吸收性能。关键词:二氧化锰;炭黑;介电损耗;微波吸收中图分类号:TB34 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)02-0058-04
收稿日期:2006-03-16;修订日期:2006-06-12基金项目:国家自然科学基金资助(No.50402025)作者简介:张昕(1981)),男,硕士研究生,研究方向:电磁波吸收材料。 隐身技术是一种能改变武器装备等目标的可探
测信息特征,使敌方探测系统不易发现或发现距离
缩短的综合性技术。随着隐身飞机在战争中的作用
愈来愈突出,隐身技术已成为各国在军事高技术竞争中竞相争夺的一张重要/王牌0[1~3]。改变飞机
外形和机体采用吸波材料是实现飞机隐身的主要手
段[4~6],而吸波材料能否达到良好的吸波效果,吸收
剂的选择是重中之重。很长时间以来,炭黑以其良好的导电性被广泛地应用于吸收剂的设计中[7,8],
但是仍存在着吸收峰值小,吸收频宽窄等缺点。而
二氧化锰是锰铁氧体吸波材料的主要原料之一,铁
氧体材料因其优良的低频吸波性能已得到广泛应用,因此,本研究结合以上两种材料,以纳米二氧化
锰掺杂炭黑制备一种新型复合吸收剂,试图改善炭
黑粒子的吸波效果,并希望能有助于今后复合吸收剂的研究。目前对二氧化锰掺杂炭黑电磁性能的研
究还未见报道。
1 实 验
1.1 实验制备首先将炭黑在球磨机中球磨5h,细化大块团聚
体,然后在氩气保护下700e加热2h,对炭黑进行预
处理以去除表面有机物,达到活化炭黑的目的[8],
然后分别将炭黑(10vo%l,20vo%l,30vo%l,40vo%l)和二氧化锰(10vo%l)在球磨机中再次球磨使之均匀混合,最后用超声震荡仪使其在环氧树
脂中均匀分散,加入固化剂常温注模固化成型,制成
200mm@200mm@3mm平板试样,待测电磁特性。1.2 实验方法
炭黑和二氧化锰表面形貌采用JEM-100CXⅡ
型高分辨率透镜进行测试。纯炭黑和二氧化锰的电磁参数采用同轴法兰法测试,测试频段为2~
18GHz。复合材料的吸波性能利用HP8720B网络分析仪在无回波暗室中采用弓形法进行测试,测试
频段为8~18GHz。
2 实验结果与讨论
2.1 吸收剂的形貌表征
图1为炭黑和二氧化锰颗粒形貌的TEM照片。从炭黑的TEM可以看出,结构主要呈球形多孔状,
颗粒尺寸约为60nm。从二氧化锰的TEM可以看出,结构为条形片状团聚结构,颗粒尺寸约为100~
150nm。有文献可知,条状和片状的结构相比,球形
具有更大的反射和散射截面[9],从而有利于增加电磁波在试样内部进行多次反射和散射的机率,使吸
收剂对电磁波达到多次吸收。另外,炭黑和二氧化
锰均为纳米颗粒,体内及界面中存在大量悬键,空位及空洞等缺陷,且粒径越小,缺陷越多,这会引起正
负电荷分布的变化。在电场的作用下正负电荷分别向两极移动,最后聚集在界面缺陷处,形成电偶极
矩,产生空间电荷极化。与此同时,在纳米粒子体内
及其庞大的界面中会存在相当多数量的氧离子空位,这些空位有利于转向极化的产生[10]。从而有利
于对电磁波的损耗。第2期纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
图1 颗粒形貌的TEM照片(a)炭黑颗粒;(b)二氧化锰颗粒 Fig.1 TEMmicrographofparticulate(a)CBparticulate;(b)MnO2particulate
2.2 吸收剂的介电性能
复介电常数E=Ec-jEd和复磁导率L=Lc-jLd
是表征材料介电性能和磁性能的重要参数,也是评定材料吸波性能的重要标准。其中Ec和Ed表示材
料对电磁能量的存储能力,Ed和Ld表示材料对电磁
能量的削减能力。为了使材料能够尽可能吸收电磁波,有两个重要问题需要解决,第一,如何尽可能地
使入射电磁波进入材料内部而不被反射;第二,如何能够有效吸收进入材料内部的电磁波。对于第一个
问题,保证空气与材料之间阻抗匹配是关键,也就是
材料复介电常数和复磁导率的实部尽可能相等,即Lc/Ec尽可能等于1;对于第二个问题,材料复介电常
数和复磁导率的虚部Ed和Ld应尽可能的大。按照微波的传输理论分析,对于单层平面材料,
电磁波从自由空间入射到材料界面的归一化输入阻
抗Z为:
Z=ZinZ0=LEtanhj2Pftc#LE(1)
Zin为材料阻抗,Z0为空气阻抗,E=Ec-jEd为复介电
常数,L=Lc-jLd为复磁导率,c为电磁波在真空中的传播速度,t为试样厚度,f为入射电磁波的频率。
吸收效果一般用反射系数R(dB)表示:
R(dB)=20logZ-1Z+1(2)
另外定义:tanDe=Ed/Ec, tanDm=Ld/Lc(3)其中,De表示电感应场D相对于外加电场的滞后相
位,同样Dm为磁感应场B相对于外加磁场的滞后相位。tanDe表示介电损耗角正切,tanDm表示磁损耗
角正切,损耗角越大,对电磁波衰减越明显。由文献[11]可知,炭黑和二氧化锰相对磁导率
实部接近于1,虚部接近于零,磁损耗为零,说明炭黑和二氧化锰均不是磁损耗介质,因此仅对电性能
进行分析。图2示出炭黑和二氧化锰复介电常数随
频率的变化曲线。从图2可见,炭黑具有比较大的介电常数,加之高导电性,可知炭黑主要靠涡流损耗
衰减电磁波,是一种电阻型吸收剂。而二氧化锰相
对介电常数实部在9~12范围内,虚部仅在2~4范围内,损耗角正切在0.3~0.4范围内,实部和虚部
随频率增加逐渐降低,损耗角正切随频率增加逐渐
增加,由此推断,二氧化锰是一种宽频带介电型吸收剂,主要靠介电损耗吸收电磁波。
2.3 二氧化锰掺杂炭黑的吸收特性
2.3.1 二氧化锰的掺杂对吸波性能的影响在10vo%l,20vo%l,30vo%l,40vo%l炭黑中分
别掺杂10vo%l纳米二氧化锰制备不同组分的试样,
并与具有相同纯炭黑含量的试样进行比较。所得的吸波性能曲线分别对应于图3的a,b,c和d。从图
中可以看出,在20%炭黑中掺杂二氧化锰吸波性能
较纯炭黑有所下降,在10vo%l,30vo%l和40vo%l炭黑中掺杂二氧化锰,吸波性能较纯炭黑有很大提高。 这初步可以归结为以下三方面原因:(1)二氧
化锰颗粒条状和片状的特殊结构有利于增加和增大对电磁波的反射次数和散射截面,从而提高炭黑粒
子对电磁波的吸收;(2)二氧化锰影响炭黑导电网
络的形成,改善复合材料的输入波阻抗;(3)二氧化锰本身对电磁波的吸收。
当加入10vo%l炭黑时,由于含量较低,粒子之间的距离较远,此时形成链状导电通道的几率较小,
这时隧道效应起主要作用,无法对电磁波进行大量
吸收,加入纳米二氧化锰之后,条形片状结构增加了
电磁波在基体内的反射次数和散射截面,使炭黑对
电磁波进行多次吸收,从而增加吸波性能(图3a)。59航 空 材 料 学 报第27卷
图2 炭黑(a)和二氧化锰(b)的复介电常数曲线Fig.2 ComplexpermittivityofCB(a)andMnO2(b)
图3 二氧化锰掺杂不同含量炭黑对吸波性能的影响Fig.3 EffectofreflectivitylosswithdifferentcontentofCBdopedwithMnO2
当加入20vo%l炭黑时,粒子间距变小,链状通道大
量形成,进而构成导电网络大量衰减电磁波,在此基
础上加入二氧化锰,一定程度上破坏原有的导电网络,虽然特殊结构有助于使炭黑对电磁波进行反复
吸收,但是还不足以补偿导电网络破坏所带来的影
响,因此吸波性能有所下降(图3b)。加入30vo%l和40vo%l炭黑,此时炭黑在基体内形成较完整的导
电网络,从而试样变成强反射体,电磁波无法进入试
样内部,在此基础上加入导电性能较差的二氧化锰,
改善复合材料的输入波阻抗,使电磁波进入试样内部。另外,二氧化锰本身也具有一定的吸波性能,从
而与炭黑形成涡流损耗和介电损耗相混合的复合吸
波体系,有效地衰减电磁波。2.3.2 纯二氧化锰的吸波特性
从文献[12]可知,二氧化锰导电性能并不好,
但在电磁波照射下升温速度却可达10.80K/s,在100s时间内温度由室温298K上升到1378K[13],说
明二氧化锰有较好的微波吸收性能。由二氧化锰电
磁参数和形貌分析可知,其依靠介电损耗对电磁波进行吸收,因此单独对二氧化锰吸波性能进行考察。
图4为分别加入10vo%l,20vo%l,30vo%l和40vo%l
二氧化锰的吸波曲线。从图4可见,二氧化锰的吸
波性能并不出众,仅当加入30vo%l含量二氧化锰时,8~11GHz频率范围内反射率优于-10dB,可见
单独加入二氧化锰作为吸收剂并不能达到良好的吸
收效果,与其他吸收剂掺杂从而利用特殊条形片状60第2期纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
图4 纯二氧化锰的吸波性能Fig.4 ReflectivitylossofpureMnO2
结构对电磁波进行多次反射和散射才能大幅度提升对电磁波的吸收性能。
3 结 论
二氧化锰属于一种介电型损耗材料,颗粒形貌
为片状或条状。当对传统吸收剂炭黑进行掺杂后,
条状或片状的颗粒形貌有利于增加对入射电磁波的反射次数和反射截面,高电阻特性有效改善吸波平
板材料的输入波阻抗匹配程度,因此采用该掺杂吸
收剂制备吸波平板材料的吸波效果有较大的改善。
参考文献:
[1]STONIERRA.Stealthaircraft&technologyfromworldwarⅡtotheGulfPartⅠ[J].SAMPEJourna,l1991,27(4):9-17.[2]STONIERRA.Stealthaircraft&technologyfromworldwarⅡtotheGulfPartⅡ[J].SAMPEJourna,l1991,27(5):9-18.[3]OLIVERD,RYANM.隐形战斗机[M].李向荣译.海口:海南出版社,2002.80-88,99.[4]彭智慧,曹茂盛,袁杰,等.雷达吸波材料设计理论与方法研究进展[J].航空材料学报,2003,23(3):58-63.[5]王略,章仲安.低RCS飞行器外形设计实践[J].航空学报,1995,16(6):92-95.[6]刘顺华,郭辉进.电磁屏蔽与吸波材料[J].功能材料与器件学报,2002,8(3):213-217.[7]OHJUNG-HONG,OHKYUNG-SUB,KIMCHUN-GON,etal.Designofradarabsorbingstructureusingglass/epoxycompositecontainingcarbonblackinX-bandfrequencyranges[J].Composites:PartB,2000,35:49-56.[8]DASNC,KHASTGIRAD,CHAKRABORTYA,etal.E-lectromagneticinterferenceshieldingeffectivenessofcarbonblackandcarbonfiberfilledEVAandNRbasedcompos-ites[J].Composites:PartA,2000,31:1069-1081.[9]葛副鼎,朱静,陈利民.吸收剂颗粒形状对吸波材料性能的影响[J].宇航材料工艺,1996(5):42-49.[10]阮圣平,董玮,吴凤清,等.纳米晶钛酸钡的介电性能[J].物理化学学报,2003,19(1):17-20.[11]熊政专,段海平,段玉平,等.CB/MnO2/ABS复合平板材料的吸波效能[J].塑料工业,2005,33(8):68-70.[12]郭再萍,刘洪涛,夏熙.粘结剂对可充二氧化锰电极性能的影响[J].电池,1998,28(5):195-198.[13]赵志曼.微波辐照煤矸石陶瓷砖应用研究[D].昆明:昆明理工大学,2003.
纳米二氧化锰的可控制备及其电化学储能机理研究
纳米二氧化锰的可控制备及其电化学储能机理研究
吴彻平;彭家惠
【摘 要】通过添加十二烷基溴化氨(CTAB)利用液相沉淀法制备了不同形貌的纳米二氧化锰,用扫描电镜、X射线衍射、孔结构以及循环伏安法等分析研究了CTAB添加量对二氧化锰形貌和电化学性能的影响.结果表明,随着CTAB添加量的增加,二氧化锰形貌从长棒状到均匀球状发生规律变化,此外随着颗粒尺寸变小,二氧化锰比容量从162F/g提高到了213F/g.%A series of nanosized manganese dioxides
have been synthesized via a co-precipitation process with additive of CTAB.
SEM result indicated that with additive of CTAB,MnO2 nanosphere with
about 20nm in diameter and a narrow particle size distribution has been
obtained, comparable with nanorode morphology with a wide particle size
distribution synthesized without CTAB. The adding amount of CTAB has
been studied by SEM,XRD, N2 adsorption and desorption and cyclic
voltammetric tests. The results found that as the decrease in particle size
of MnO2 ,the specific capacitance of MnO2 increased from 162 to 213F/g.
Sm2O3填充碳纳米管／磁性金属微粉双层吸波复合材料的制备与吸波性能
第３５卷第６期 ２０１１年１２月 北京交通 ｏＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＢＥＩＩＩＮＧ 大学学报 Ａ０Ｔ０ＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖ０１．３５ ＮＯ．６ Ｄｅｃ．２０１１
文章编号：１６７３—０２９１（２０１１）０６—０ｌ１２—０５
Ｓｍ２Ｏ３填充碳纳米管／磁性金属微粉双层吸波
复合材料的制备与吸波性能
张拦，卫应亮，王璐
（洛阳理工学院环境工程与化学系，河南洛阳４７１０２３）
摘要：通过湿化学法制备了Ｓｍ２０３填充碳纳米管吸收剂，并依据传输线理论和阻抗匹配原则，设 计制备了环氧树脂基Ｓｉｎ２０３填充碳纳米管／石兹性金属微粉双层结构吸波复合材料．采用透射电镜、
扫描电镜和Ｘ射线衍射分析对Ｓｉｎ２０３填充碳纳米管和磁性金属微粉的微观形貌和结构进行了分
析，ＨＰ８７２２ＥＳ矢量网络分析仪测量了材料在２～１８ ＧＨｚ频率范围内的吸波特性．研究表明：与未 填充碳纳米管相比，Ｓｍ２０３填充碳纳米管的磁损耗正切增大，吸收频带变宽，同时吸收峰由Ｃ波段
迁移到中频Ｘ波段．这种双层结构吸波复合材料具有较好的宽频带吸波效果，其匹配厚度为ｄ ＝ ５．０ ｍｍ时，在２．８和ｌ４．２ ＧＨｚ处有两个吸收峰，反射率小于一１０ ｄＢ的频宽为０．９８ ＧＨｚ，反射率
低于一５ ｄＢ的频宽达６．４６ ＧＨｚ，在Ｓ波段均低于一５ ｄＢ． 关键词：稀土；多壁碳纳米管；磁性金属微粉；双层结构复合材料；吸波性能
中图分类号：ＴＭ２５；ＴＢ３４ 文献标志码：Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ Ｓｍ２０３ ｆｉｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ／ｍａｇｎｅｔｉｃ
ｍｅｔａｌ／ｅｐｏｘｙ ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ＺＨＡＮＧ Ｌａｎ，ＷＥＪ Ｙｉｎｇｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｕ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｌｕｏｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４７１０２３，Ｃｈｉｎａ）
纳米二氧化锰的制备及其应用研究进展
第35卷 第12期 无 机 材 料 学 报 Vol. 35
No. 12 2020年12月 Journal of Inorganic Materials Dec., 2020
收稿日期: 2020-03-02; 收到修改稿日期: 2020-05-07
基金项目:
国家自然科学基金(61775131, 61376009); 上海高校特聘教授(东方学者)岗位计划(2013-70)
National Natural Science Foundation of China (61775131, 61376009); The Program for Professor of Special Ap-
pointment (Eastern Scholar) at Shanghai Institutions of Higher Learning (2013-70)
作者简介:
王金敏(1975–), 男, 教授.E-mail:*******************.cn
WANGJinmin(1975–),male,professor.E-mail:*******************.cn文章编号: 1000-324X(2020)12-1307-08 DOI: 10.15541/jim20200105
纳米二氧化锰的制备及其应用研究进展
王金敏, 于红玉, 马董云
(上海第二工业大学 工学部, 环境与材料工程学院, 上海 201209)
摘 要: 二氧化锰作为一种重要的过渡金属氧化物, 因其储量丰富、晶型多样、性能优异而备受关注。将二氧化锰
纳米化后, 其颗粒尺寸变小、比表面积变大、材料性能优化、应用领域得以拓宽。本文在引言部分从介绍二氧化锰
的应用着手, 指出纳米化和晶型多变对二氧化锰的结构和性能有着重要的影响。正文部分主要从纳米二氧化锰的制
备方法和纳米二氧化锰的应用两个方面对近年来的研究进展进行了总结和评述。(1)介绍了水热法、溶胶-凝胶法、
N、B共掺杂MXene复合材料的制备及其电化学性能研究
N、B共掺杂MXene复合材料的制备及其电化学性能研究
孙贺雷;李云飞;易荣华;王若冲;周爱军;孙义民
【摘 要】通过对Ti3A1C2 MAX相陶瓷粉进行刻蚀、插层、超声处理,制备出片状Ti3C2Tx MXene.以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为杂原子掺杂的氮源和硼源,通过不同温度热处理,得到新型的N、B掺杂MXene(N,B-Ti3C2Tx)作为超级电容器的电极材料.考察了煅烧温度对其电容性能的影响,结果表明,最佳煅烧温度为300℃,此时电容性能得到有效提高.在扫描速率为100mV/s时测得N,B-Ti3C2Tx-300℃的质量电容为65 F/g,是相同条件下Ti3C2Tx电容的5.5倍.EIS结果表明,N,B-Ti3C2Tx-300℃的接触电阻为0.52 Ω.循环稳定性测试表明,当电流密度为2 A/g时,充放电循环1000次后的电容保持率为84％.
【期刊名称】《储能科学与技术》
【年(卷),期】2019(008)001
【总页数】8页(P130-137)
【关键词】MXene;离子液体;氮硼共掺杂;电容性能
【作 者】孙贺雷;李云飞;易荣华;王若冲;周爱军;孙义民
【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430205
【正文语种】中 文
【中图分类】TM53
近年来，二维材料以其巨大的表面积、柔性的层状通道和可调控的电子结构在超级电容器领域展现出了巨大的应用潜力和广阔的发展前景[1-2]。其中，过渡金属碳化物纳米片（MXene）材料于2011年被美国Drexel大学研究人员所发现，主要通过选择性刻蚀三元层状化合物材料MAX中A层而得到，GOGOTSI等[3-5]在此领域做了大量开拓性研究。相对于传统超级电容器使用的碳材料，二维层状MXene材料具有更好的电子导电率、更高的堆积密度、更强的单位体积存储电荷能力等优势，使得MXene材料在超级电容器领域应用具有高的容量（约360
MnO_(2)MWCNTsGOPANI复合电极材料的制备及其电化学性能的研究
第37卷第3期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） Vol.37,No.3 2021年5月 Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition) May,2021
MnO2/MWCNTs/GO/PANI复合电极材料的制备
及其电化学性能的研究
戚杨，江姗姗，杨铁金＊
（齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）
摘要：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过原位聚合法将二氧化锰修饰的聚苯胺嫁接到多壁碳纳米管
作载体的氧化石墨烯上，制备出新型复合电极材料。使用X射线光电子能谱，扫描电镜及电化学工作站对复合电
极材料的形貌、结构进行了研究，通过循环伏安、交流阻抗、循环稳定性测试，表征出复合电极材料的电化学性
能，并与未掺杂石墨烯的MnO2/PANI/MWCNTs电极材料进行了对比。结果表明，引入石墨烯的电极材料的比电容
有较大的提升，达到了1 365 F‧g-1。
关键词：石墨烯；超级电容器；原位聚合；二氧化锰；聚苯胺
中图分类号：TB33 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2021)03-0035-05
近年来，随着新能源技术的不断发展，电能作为一种清洁能源在逐步替代传统的化石能源，生产生活
中对高性能储能器件的需求日益增加，而储能技术的研发和创新就成了新能源技术发展的重中之重，因此，
超级电容器作为一种高性能的新型储能器件愈发受到重视并受到广泛的研究。
超级电容器（supercapacitor），又名电化学电容器（electrochemical capacitor），是一种介于传统电容器
与电池之间的电源，兼具两者的优点[1]。与传统电容器相比，超级电容器具有更高的能量密度；与传统电
池相比，超级电容器具有更高的功率密度、充放电性能和循环稳定性。并且超级电容器的工作温度范围更
广，可以在更极端的环境中使用[2]。因此，超级电容器在工业控制、电力、交通运输、智能仪表、国防、
炭黑与氧化石墨烯复合材料的研究和应用
炭黑与氧化石墨烯复合材料的研究和应用
炭黑与氧化石墨烯是两种广泛应用于材料科学和生物医学领域的材料。炭黑具有高比表面积和良好的吸附能力，并且具有优异的电导率和抗静电性能。而氧化石墨烯则是一种类似石墨的材料，其单层结构形成了类似蜂窝的网状结构，而且具有极高的电导率和机械性能。
炭黑和氧化石墨烯都有自己的应用前景，但是通过将它们进行复合，可以进一步提高它们的性能。炭黑和氧化石墨烯的复合材料不仅继承了两种材料的优点，而且还具有更好的电、热、力学和吸附性能，因此在许多领域得到了广泛应用。
一、炭黑/氧化石墨烯复合材料的制备方法
目前炭黑/氧化石墨烯复合材料的制备方法主要有两种：一种是化学还原法，另一种是物理混合法。
1. 化学还原法
化学还原法是通过还原氧化石墨烯（GO）来制备炭黑/氧化石墨烯复合材料。这种方法通常使用还原剂，如亚硫酸氢钠或还原气氛，将氧化石墨烯还原成石墨烯（GR），然后与炭黑混合。
这种方法的优点是可以控制复合材料的复合比例和结构，并且可以在复合前对GO进行表面修饰从而调整其功能。但这种方法需要使用还原剂，处理过程比较复杂，还可能会产生一些有毒的化学物质，不适合大规模生产。
2. 物理混合法
物理混合法是通过机械混合方法将炭黑和GO混合，然后使用高温处理将其热压成复合材料。这种方法简单易行，且不需要使用还原剂或其他化学药品，适用于大规模生产。
但是物理混合法的缺点是炭黑和GO之间的结合力不够强，易于分离，所以要使用高温高压来加强复合材料的结构。此外，由于机械混合方法对GO的表面修饰能力有限，所以无法调整其功能。
二、炭黑/氧化石墨烯复合材料的应用
炭黑/氧化石墨烯复合材料在电子、驱动、生物医学、环境保护和能源存储等领域均具有广泛的应用。
1. 电子领域
炭黑/氧化石墨烯复合材料在电子领域中具有重要的应用，可以作为电磁屏蔽剂、电极材料和导电胶黏剂。由于炭黑具有较高的电导率和良好的吸附性能，可以与氧化石墨烯进行复合，制备出具有优异导电性能和吸附性能的复合材料。
Co 2+掺杂的纳米TiO2薄膜光催化特性及电化学阻抗谱研究
第２６卷第４期 ２０１０年４月 无 机 化 学 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥ Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＶｏＩ＿２６ Ｎｏ．４ ６３３—６３８
Ｃｏ２＋￣杂的纳米ＴｉＯ２薄膜光催化特性及电化学阻抗谱研究
梁燕萍 ，１ 贾剑平１ 吕向菲・，ｚ 吴振森１ 史启祯
１西安电子科技大学理学院，西安７１００７１）
（。西北大学化学与材料科学学院，西安７１００６９）
摘要：本文采用交流电沉积技术，在多孔氧化铝模板中合成出Ｃｏ“掺杂的纳米ＴｉＯ 薄膜（Ｃｏ ＋／ＴｉＯ 薄膜）。以次甲基蓝为降解物， 研究了纳米Ｃｏｚ＋／ＴｉＯ 薄膜在可见光下的催化性能，考察了阳极偏压对光催化活性的影响。用电化学阻抗谱（ＥＩＳ）研究了纳米Ｃｏ ／ＴｉＯ：薄膜在次甲基蓝溶液中的电化学行为，给出了相应的等效电路和半导体能带结构参数一空间电荷层宽度。研究表明，适量 Ｃｏ 掺杂可以提高ＴｉＯ：薄膜的光催化活性。在Ｃｏ ，ｎ０ 膜电极上施加一定阳极偏压，使空间电荷层宽度增加，因此能有效实现
光生电子一空穴分离，进一步提高次甲基蓝的光催化降解效率。
关键词：Ｃ０２＋掺杂的ＴｉＯ２薄膜；光催化；阳极偏压；电化学阻抗谱 中图分类号：Ｏ６１４．４１ １；０６４３．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４８６１（２０１０）０４—０６３３—０６
Ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ Ｃｏ Ｄｏｐｅｄ ＴｉＯ２ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ
ＬＩＡＮＧ Ｙａｎ．Ｐｉｎｇ ，一ＪＩＡ Ｊｉａｎ—Ｐｉｎｇ Ｌｔ）Ｘｉａｎｇ—Ｆｅｉ ＷＵ Ｚｈｅｎ—Ｓｅｎ ＳＨＩ Ｑｉ—Ｚｈｅｎ
（‘Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ∞７１００７１） （ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍ￣ｔｒｙ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ｒ仉７１００６９）
纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
第２７卷 第２期
２００７年４月 航空材料学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖｏ１．２７，Ｎｏ．２
Ａｐｒｉｌ ２００７
纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
张 昕 ， 刘顺华 ， 段玉平 ， 管洪涛 ， 温 斌
（１．大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁大连１１６０８５；２．云南大学物理学院，昆明６５００９１）
摘要：基于单一吸收剂无法达到良好的微波吸收效果，利用纳米二氧化锰掺杂炭黑颗粒制备了一种新型的复合吸
收剂，并进行ＴＥＭ形貌表征，介电性能分析以及微波吸收性能的测试。结果表明，炭黑属于电阻型损耗介质，主要
呈球形多孔状；二氧化锰属于介电损耗介质，特殊的条形片状结构增加了电磁波在机体内的反射次数和散射截面，
高电阻特性有效改善了吸波平板材料的输入波阻抗匹配程度，从而大大改善炭黑的微波吸收性能。 关键词：二氧化锰；炭黑；介电损耗；微波吸收
中图分类号：ＴＢ３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—５０５３（２００７）０２－００５８－０４
隐身技术是一种能改变武器装备等目标的可探
测信息特征，使敌方探测系统不易发现或发现距离
缩短的综合性技术。随着隐身飞机在战争中的作用
愈来愈突出，隐身技术已成为各国在军事高技术竞
争中竞相争夺的一张重要“王牌州 。改变飞机
外形和机体采用吸波材料是实现飞机隐身的主要手
段 ，而吸波材料能否达到良好的吸波效果，吸收
剂的选择是重中之重。很长时间以来，炭黑以其良
好的导电性被广泛地应用于吸收剂的设计中 ’ ，
但是仍存在着吸收峰值小，吸收频宽窄等缺点。而
二氧化锰是锰铁氧体吸波材料的主要原料之一，铁
氧体材料因其优良的低频吸波性能已得到广泛应
用，因此，本研究结合以上两种材料，以纳米二氧化
锰掺杂炭黑制备一种新型复合吸收剂，试图改善炭
黑粒子的吸波效果，并希望能有助于今后复合吸收
剂的研究。目前对二氧化锰掺杂炭黑电磁性能的研
炭黑在纳米材料中的应用研究
炭黑在纳米材料中的应用研究
纳米材料是指尺寸小于100纳米、具有新的物理、化学和生物特性的材料。近年来，纳米材料被广泛应用于制造、医学、能源等领域。炭黑作为一种广泛应用的黑色粉末材料，不仅具有优异的光学、电学、导热性能，同时也是一种重要的纳米材料，其应用研究成为热点话题。
一、炭黑的制备方法
目前，用于制备炭黑的方法有煤制炭法、烟气法、物理法和化学法等多种。其中，煤制炭法是最传统的炭黑制备方法之一。该方法通过加热煤制备炭黑，其工艺简单，但是成本较高，同时由于热水蒸汽解的反应机制的存在，制备的炭黑粉末难以控制粒径大小。
烟气法是20世纪50年代开始使用的制备炭黑方法。该方法是将加有油的煤作为原料，在高温下通过烟气冷凝的方式制备出炭黑。其优点是能够控制炭黑的粒径大小，并且可以生产高质量的炭黑，但是其成本较高，而且难以避免污染环境。
物理法是一种通过物理性质进行分离和制备的方法，即通过电弧等方式产生高温并分解有机物而制得。其优点是成本较低，但是由于物理分离难度大，因此制备出的炭黑粉末较难达到粒径均匀且质量稳定的要求。
化学法是在物理法的基础上，加入化学试剂并进行反应产生炭黑的一种方法。该方法可以使炭黑的粒径和组成成分得到有效的控制，制备出的炭黑粉末质量优异，但是需要投入大量的人力和物力。
二、炭黑在纳米材料中的应用
由于其独特的物化性质，炭黑被广泛应用于纳米材料的制备中，主要应用领域包括电子、光电、涂料、油墨、陶瓷等。
1.电子领域
炭黑可用于制备导电聚合物材料，同时可以提高聚合物的机械强度和耐磨性。此外，炭黑还可以通过改变磁化强度吸附金属离子，从而制备出新型电磁屏蔽材料。利用炭黑的晶界效应，可以合成出高性能的电化学材料，如超级电容器电极材料等。
2.光电领域
炭黑作为一种黑色材料，具有很强的吸收和反射光线的能力，因此可以作为太阳能电池光伏材料的电子传输层。同时，用于制备电容器所需要的活性材料和导电改性剂中，也可以加入适量的炭黑来增加材料的分散性、成型性和导电性。
纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究 2
第27卷 第2期2007年4月 航 空 材 料 学 报
JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSVol127,No12 April 2007
纳米二氧化锰掺杂炭黑复合材料电磁特性的研究
张 昕1, 刘顺华1, 段玉平1, 管洪涛2, 温 斌1
(11大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116085;21云南大学物理学院,昆明650091)
摘要:基于单一吸收剂无法达到良好的微波吸收效果,利用纳米二氧化锰掺杂炭黑颗粒制备了一种新型的复合吸收剂,并进行TEM形貌表征,介电性能分析以及微波吸收性能的测试。结果表明,炭黑属于电阻型损耗介质,主要呈球形多孔状;二氧化锰属于介电损耗介质,特殊的条形片状结构增加了电磁波在机体内的反射次数和散射截面,高电阻特性有效改善了吸波平板材料的输入波阻抗匹配程度,从而大大改善炭黑的微波吸收性能。关键词:二氧化锰;炭黑;介电损耗;微波吸收中图分类号:TB34 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)02-0058-04
收稿日期:2006-03-16;修订日期:2006-06-12基金项目:国家自然科学基金资助(No.50402025)作者简介:张昕(1981)),男,硕士研究生,研究方向:电磁波吸收材料。 隐身技术是一种能改变武器装备等目标的可探
测信息特征,使敌方探测系统不易发现或发现距离
缩短的综合性技术。随着隐身飞机在战争中的作用
愈来愈突出,隐身技术已成为各国在军事高技术竞争中竞相争夺的一张重要/王牌0[1~3]。改变飞机
外形和机体采用吸波材料是实现飞机隐身的主要手
段[4~6],而吸波材料能否达到良好的吸波效果,吸收
剂的选择是重中之重。很长时间以来,炭黑以其良好的导电性被广泛地应用于吸收剂的设计中[7,8],
但是仍存在着吸收峰值小,吸收频宽窄等缺点。而
二氧化锰是锰铁氧体吸波材料的主要原料之一,铁
氧体材料因其优良的低频吸波性能已得到广泛应用,因此,本研究结合以上两种材料,以纳米二氧化