多壁碳納米管聚乙烯醇復(fù)合材料吸波性能的的研究

1、<p><b>　　天津工業(yè)大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料的</p><p><b>　　電磁屏蔽性能研究</b></p><p>　　姓 名 袁曉忠 <

2、/p><p>　　學(xué) 院 材料科學(xué)與工程 </p><p>　　專 業(yè) 材料科學(xué)與工程 </p><p>　　指導(dǎo)教師 齊魯 </p><p>　　職 稱 教授 </p><p>　　2012 年 6 月 13 日</p>&

3、lt;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文通過對(duì)聚乙烯醇，多壁碳納米管各種性質(zhì)的了解，制定出了一系列實(shí)驗(yàn)。旨在做出一種復(fù)合材料具有電磁屏蔽性能，碳納米管具有極高的強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，是聚合物基復(fù)合材料的理想填料，碳納米管添加到聚乙烯醇中不但可提高聚合物的強(qiáng)度，而且可有效提高其導(dǎo)電性能 。綜上所訴我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)了碳納米管/PVA復(fù)合材料電磁屏蔽性能研究的課題，以便

4、于了解其是否具有廣泛的應(yīng)用前景。我們將多壁碳納米管加入到聚乙烯醇中制成復(fù)合材料，進(jìn)而在研究它的電磁屏蔽效能。</p><p>　　本文從聚乙烯醇成膜出發(fā)，然后根據(jù)電磁屏蔽材料的電磁波屏蔽的機(jī)理，吸收劑我們選取的是多壁碳納米管，基體為聚乙烯醇，對(duì)多壁碳納米管／PVA吸波復(fù)合材料進(jìn)行制備，在系統(tǒng)的研究其電磁屏蔽效能。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：多壁碳納米管；聚乙烯醇；成膜；電磁屏蔽材料&l

5、t;/p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In this paper, the understanding of the nature of the PVA, a variety of multi-walled carbon nanotubes to developed series of experiments. Designed to

6、 make a composite material with electromagnetic shielding properties, carbon nanotubes have high strength and excellent electrical properties, is the ideal filler for polymer matrix composites carbon nanotubes added to t

7、he polyvinyl alcohol will not only enhance the aggregation the strength of the material, and can effectively improve its conductivi</p><p>　　This article from the polyvinyl alcohol film starting, then accord

8、ing to the electromagnetic wave absorbing materials the mechanism of absorption, absorbent we selected is multi walled carbon nanotubes, matrix of polyvinyl alcohol, on multiwall carbon nanotubes/PVA wave absorbing compo

9、site material preparation, in the system of the electromagnetic wave absorption properties of.</p><p>　　Key words: multi-wall carbon nanotube；polyvinyl alcohol；film-forming；Electromagnetic shielding material

10、s</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.1.1電磁干擾與電磁泄漏1</p><p>　　1.1.2電磁輻射對(duì)人

11、體的損傷1</p><p>　　1.2.主要電磁屏蔽材料的種類2</p><p>　　1.2.1手性電磁屏蔽材料2</p><p>　　1.2.2納米電磁屏蔽材料3</p><p>　　1.2.3導(dǎo)電高分子電磁屏蔽材料4</p><p>　　1.2.4 視黃基席夫堿鹽電磁屏蔽涂料5</p>&

12、lt;p>　　1.2.5多晶鐵纖維吸收劑6</p><p>　　1.2.6等離子體電磁屏蔽材料6</p><p>　　1.3 課題的研究內(nèi)容、意義及目標(biāo)6</p><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容6</p><p>　　1.3.2研究意義6</p><p>　　1.3.3研究目標(biāo)7</p>

13、<p>　　第二章 理論部分9</p><p>　　2.1碳納米管的物理性能9</p><p>　　2.1.1碳納米管的力學(xué)性能9</p><p>　　2.1.2碳納米管的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)9</p><p>　　2.1.3碳納米管的熱學(xué)性質(zhì)9</p><p>　　2.2碳納米管的屏蔽原理10<

14、;/p><p>　　2.3碳納米管的分散原理10</p><p>　　2.4聚乙烯醇的結(jié)晶度對(duì)其性能的影響11</p><p>　　2.5聚乙烯醇的成膜原理11</p><p>　　2.6屏蔽效能的測試原理及方法12</p><p>　　2.6.1屏蔽效能的測試原理12</p><p>　

15、　2.6.2屏蔽效能測試方法12</p><p>　　2.6.2.1近場法12</p><p>　　2.6.2.2遠(yuǎn)場法12</p><p>　　2.6.2.3屏蔽室法13</p><p>　　第三章 實(shí)驗(yàn)部分15</p><p>　　3.1實(shí)驗(yàn)藥品15</p><p>　　3.2

16、實(shí)驗(yàn)儀器15</p><p>　　3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容16</p><p>　　3.3.1聚乙烯醇制備時(shí)水浴溫度的測定16</p><p>　　3.3.2聚乙烯醇溶液粘度的測定16</p><p>　　3.3.3聚乙烯醇成膜斷裂伸長率的測定16</p><p>　　3.3.4超聲對(duì)碳納米管分散性能影響的測定16&

17、lt;/p><p>　　3.3.5表面活性劑濃度對(duì)碳納米管分散影響的測定16</p><p>　　3.3.6多壁碳納米管/聚乙烯醇膜的制備17</p><p>　　3.3.7多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的導(dǎo)電性能測試17</p><p>　　3.3.8不同含量的多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜斷裂伸長率及斷裂強(qiáng)力測試17</p&

18、gt;<p>　　3.3.9多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的電磁屏蔽效應(yīng)的測試方法17</p><p>　　第四章 結(jié)果與討論19</p><p>　　4.1聚乙烯醇水浴制備溫度的選擇19</p><p>　　4.2聚乙烯醇粘度與斷裂伸長率的數(shù)據(jù)分析19</p><p>　　4.3超聲時(shí)間對(duì)碳納米管分散的影響21&l

19、t;/p><p>　　4.4表面活性劑濃度對(duì)碳納米管分散影響22</p><p>　　4.5多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的導(dǎo)電性能24</p><p>　　4.6不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的力學(xué)分析25</p><p>　　4.7不同含量的多種多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的偏光圖26</p><

20、p>　　4.8多壁碳納米管/聚乙烯醇的電磁屏蔽效應(yīng)的數(shù)據(jù)分析29</p><p><b>　　結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　附錄35</b></p><p><b>　　致謝55<

21、/b></p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　1.1.1電磁干擾與電磁泄漏</p><p>　　隨著人類科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁波在日常生活、科研、生產(chǎn)以及國防領(lǐng)域應(yīng)用的越來越多。電磁波給人類生活帶來前

22、所未有的改變，移動(dòng)通訊技術(shù)、微波加熱技術(shù)使我們的生活更方便，X光，CT等醫(yī)療技術(shù)使得人類的健康得到醫(yī)療保障，雷達(dá)系統(tǒng)在國防領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用更使軍力大幅提升。同時(shí)，電磁波的電磁干擾也對(duì)人體健康和精密設(shè)備儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了麻煩。電磁波要形成電磁干擾，必須具備三大要素:干擾源、有傳播干擾能量的途徑或通道、必須有干擾對(duì)象的響應(yīng)[1]。干擾源是能夠發(fā)射電磁波的一類物體，干擾源的存在是電磁干擾的前提；干擾能量的傳輸途徑是電磁千擾形成的必要條件；而干

23、擾對(duì)象的響應(yīng)是電磁干擾存在的形式，只有干擾對(duì)象在電磁波的作用下產(chǎn)生了相應(yīng)的響應(yīng)，才算產(chǎn)生了電磁干擾。切斷電磁干擾的傳輸路徑是電磁干擾防護(hù)的主要手段，電磁干擾傳播途徑含傳導(dǎo)傳播和輻射傳播兩種，相對(duì)應(yīng)的干擾方式(耦合)也就分為傳導(dǎo)藕合與輻射耦合。要形成傳導(dǎo)藕合，必須在干擾源與受千擾對(duì)象之間有完整的電路連接，使干擾信號(hào)沿該電路傳輸?shù)绞芨蓴_體形成干擾。傳導(dǎo)耦合根據(jù)基本原理的不同分為：電感耦合、電容性耦合和電阻性耦合。電感耦合由電路間互感現(xiàn)象所致

24、，電</p><p>　　電磁泄漏主要指國防或商業(yè)領(lǐng)域信息系統(tǒng)設(shè)備工作時(shí)經(jīng)過地線、信號(hào)線、電源線諧波等輻射產(chǎn)生泄漏，泄露的電磁信號(hào)被接收提取即可恢復(fù)原來的信號(hào)，造成軍事或者商業(yè)上的機(jī)密泄漏。美國軍方在20世紀(jì)50年代就開展了針對(duì)電磁泄漏的一項(xiàng)名為的電磁信息泄漏防護(hù)與偵收技術(shù)(TEMPEST)的研究工作。1985年，荷蘭科學(xué)家WOVANECK利用改裝的黑白電視機(jī)在倫敦首次再現(xiàn)了計(jì)算機(jī)屏幕視頻信息，將電磁泄漏真實(shí)展現(xiàn)

25、到世人面前。我國西安電子科技大學(xué)、中科院長春光機(jī)所、北京郵電大學(xué)研究人員均成功再現(xiàn)了電磁泄漏帶出的有用信息[2]。電磁泄漏的防護(hù)主要采用屏蔽、濾波、隔離和接地等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。然而，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，我們需要面對(duì)的是立體的監(jiān)測，例如紅外、雷達(dá)波、聲波的復(fù)合型監(jiān)測手段，所以研究復(fù)合型電磁屏蔽材料是當(dāng)今社會(huì)研究的重中之重[3-5]。</p><p>　　1.1.2電磁輻射對(duì)人體的損傷</p><p>

26、　　1989年，前蘇聯(lián)著名國際象棋冠軍尼古拉·古德科夫與超級(jí)電腦對(duì)弈6天后被電磁波輻射直接碎死。從此電磁輻射對(duì)人體的損傷進(jìn)入了人們的視野，其后許多年間，各國科研工作者做了各種相應(yīng)的調(diào)查和報(bào)導(dǎo)。美國科羅拉多州大學(xué)研究人員表明兒童白血病死亡率在電磁污染較嚴(yán)重地區(qū)是其他地區(qū)兩倍以上;瑞典學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)生活在電磁污染嚴(yán)重地區(qū)的兒童更容易患神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤[6]，美國研究人員發(fā)現(xiàn)高壓線附近工作的工人，癌細(xì)胞生長速度是一般人的24倍;移動(dòng)電話輻

27、射可使人體舒張壓增加10~20mm汞柱[7]。關(guān)于電磁輻射對(duì)人體或者生物造成的損害的報(bào)導(dǎo)越來越多，目前電磁輻射污染已經(jīng)成為一個(gè)全球性問題。電磁波波譜很寬，根據(jù)其對(duì)生物作用的不同主要分為電離輻射和非電離輻射[8]，電離輻射是電磁波量子能量大于12ev時(shí)，電磁波會(huì)使人體內(nèi)的分子產(chǎn)生電離，對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞。當(dāng)電磁波量子能量小于12ev時(shí)主要形成非電離輻射，將通過致熱效應(yīng)、非致熱效應(yīng)和累積效應(yīng)對(duì)人體產(chǎn)生損傷。熱效應(yīng)主要是指在高頻電磁場作用下，

28、人體內(nèi)極性分子極化頻繁產(chǎn)生重排，在此過程中將產(chǎn)生大量的摩擦熱，當(dāng)頻率很高時(shí)，熱量來不及散失，使得機(jī)體局部溫升，出現(xiàn)熱效應(yīng)，電磁場頻率越</p><p>　　1.2.主要電磁屏蔽材料的種類</p><p>　　1.2.1手性電磁屏蔽材料</p><p>　　手性電磁屏蔽材料的定義是一種物質(zhì)與其鏡像不存在對(duì)稱性，且不能通過任何操作使其與鏡像重合。手性材料能減少電磁波的反

29、射，并能吸收電磁波。實(shí)驗(yàn)研究表明，具有手性特征的材料，能夠減少入射電磁波的反射并能吸收電磁波。它有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）它更能簡單有效的改變介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，使阻抗匹配，而這點(diǎn)大多數(shù)的吸波材料就很難滿足寬頻吸收和低反射；（2）它對(duì)頻率敏感性比介電參數(shù)和磁導(dǎo)率小，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。到目前為止，在微波范圍內(nèi)的手性材料都是人工合成，通過參雜到基體材料中形成手性復(fù)合材料。</p><p>　　手性吸波材料可主要分為兩

30、大類；一是本征手性材料，二是結(jié)構(gòu)手性材料。本征手性材料在幾何形狀方面具有手性性質(zhì)。在結(jié)構(gòu)上存在各向異性的物體的某些部分與其他部分形成一定的角度關(guān)系，進(jìn)而產(chǎn)生壽星作用的微博吸收材料為結(jié)構(gòu)手型材料。金屬或非金屬材料均可以參雜在手性材料之中。結(jié)構(gòu)手性材料可利用纖維或泡沫微孔構(gòu)成。目前主要集中在手性材料的屏蔽微觀機(jī)理的研究及制作工藝，提高手性材料手性參數(shù)&，因?yàn)橹挥?amp;達(dá)到0.1才有能進(jìn)入實(shí)用階段。實(shí)際應(yīng)用中，一般特征尺寸為0.0

31、1mm-5mm。法國與美國兩個(gè)國家在手性材料方面都出于世界領(lǐng)先的地位，他們對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，尤其在圍觀機(jī)理方面和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面更是取得了非常大的進(jìn)展。但是，由于儀器設(shè)備的限制，實(shí)驗(yàn)室制備的薄膜樣品面積比較小，在實(shí)用方面還需要進(jìn)一步制備出更大面積的膜。</p><p>　　1.2.2納米電磁屏蔽材料</p><p>　　近些年來，由于納米材料被驗(yàn)證具有良好的電磁屏蔽性能，各個(gè)主要國家高度重

32、視納米材料的發(fā)展與應(yīng)用，促使研究人員對(duì)其的發(fā)現(xiàn)也不斷深入，已被證實(shí)是具有良好性能的電磁屏蔽才來哦</p><p>　　假設(shè)我們認(rèn)為事物存在于三維立體空間里，我們認(rèn)為在三維空間中存在一維或二維或三維中存在納米尺度范圍，或者由他們作為基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的材料，我們稱之為納米材料。納米材料分為三類[11]：（1）零維材料，一般是指納米顆粒或原子團(tuán)簇等，他的最主要的特點(diǎn)就是三維都是納米尺度范圍的材料；（2）一維材料，他的特

33、點(diǎn)是二維都在納米尺度的材料，包括納米棒，碳納米管等等：（3）二維納米材料，特點(diǎn)是一維在納米尺度的材料，像多層薄膜等等。擁有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的納米材料，也被賦予了獨(dú)特的性能，這種性能體現(xiàn)在很多的方面，包括了獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、獨(dú)特的宏觀量子隧道效應(yīng)、獨(dú)特的小尺寸和獨(dú)特的界面效應(yīng)。但使納米材料成為良好的電磁屏蔽材料最主要的因素是，其在電磁波的作用下，會(huì)產(chǎn)生多重散射以及界面極化，產(chǎn)生這一現(xiàn)象及根本原因是因?yàn)槠涑叽缧?、比表面積大、院子里凹面比例高、而且

34、懸掛件較多的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其實(shí)納米材料之所以可以產(chǎn)生吸波效應(yīng)，是因?yàn)槠渚哂薪缑鏄O化和多重散射的特點(diǎn)，可以使連續(xù)的能帶分類成不連續(xù)的能級(jí)，使其電磁波性能不斷的減小，從而導(dǎo)致新的吸波性能。總體來說納米材料就像一把把的小刀，將入射波段分割成無限小，再將其進(jìn)行吸收。 納米材</p><p>　　近年來，國內(nèi)外在雷達(dá)波納米吸收劑方面的研究主要有磁性納米薄膜、納米金屬粉體吸收劑、納米鐵氧體吸收劑、納米碳管類吸收劑等方面，取得了一

35、定的進(jìn)展。美國作為納米材料發(fā)展最為迅速的一個(gè)國家已經(jīng)研制出第4代“超墨粉”電磁屏蔽材料，它是一種納米級(jí)材料，對(duì)電磁波的吸收率可達(dá)99％。法國科學(xué)家最近研制成功了一種CoNi納米金屬合金粉與絕緣層構(gòu)成的復(fù)合材料，在2GHz-7GHz內(nèi)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部均大于9，在50MHz~50GHz的頻率范圍內(nèi)有良好的吸收效果，且電阻率大于58Q/cm。</p><p>　　1.2.3導(dǎo)電高分子電磁屏蔽材料</p>

36、<p>　　這種材料最近幾年才發(fā)展起來，其具有結(jié)構(gòu)多樣化、密度小和獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，已經(jīng)引起各個(gè)國家研究人員的廣泛重視。</p><p>　　美國、法國等國家在20世紀(jì)90年代開始就已經(jīng)把導(dǎo)電高分子電磁屏蔽材料的研究納入了重點(diǎn)扶持的項(xiàng)目，他們認(rèn)為到點(diǎn)高分子電磁屏蔽材料會(huì)成為未來戰(zhàn)爭中不可或缺的一個(gè)棋子，其更是未來隱身導(dǎo)彈及戰(zhàn)斗機(jī)的最佳涂料。法國科學(xué)家LaruentOlmed研究了多種材料的雷達(dá)吸

37、波性能在頻段0～20 GHz中，其中平均衰減值為-8dB,而在頻寬在3.0GHz時(shí)，最大衰減值可達(dá)到-36.5dB，所以我們發(fā)現(xiàn)了吸波性能的變化與雷達(dá)波頻率的變化相一致[13]。據(jù)美國研究人員Marcdiarmid報(bào)道，用聚乙炔材料制成的2mm厚的薄膜對(duì)在頻率35GHz雷達(dá)波的吸收率居然可以達(dá)到90%[14]。S. F.Lascelles[15-16]等制作的雷達(dá)吸波材料的主要成分是將導(dǎo)電高分子沉積在聚甲基丙烯酸甲酯的表面,如圖1-1

38、所示。</p><p>　　圖1-1 導(dǎo)電高分子沉積在聚甲基丙烯酸甲酯的表面</p><p>　　為了滿足日常的應(yīng)用,我們?cè)谥苽鋵?dǎo)電高分子材料的時(shí)候必須使其容易加工，具有良好的操作性能，所以我們大多數(shù)時(shí)間是將普通的聚合物作為基體，與導(dǎo)電高分子材料相復(fù)合。研究員M.Franchitto[17]等人制備了約3mm厚度的材料，當(dāng)把頻段設(shè)到8～12GHz時(shí)其反射率低于-6dB,峰值可以達(dá)到-15

39、dB，這種材料是由ABS摻雜的PANI與乙丙橡膠共混制成的。通過這組數(shù)據(jù)我們可以觀察到，無論是材料的結(jié)構(gòu)、厚度、性質(zhì)、以及合成工藝無一不決定著材料本身的電磁屏蔽性能。當(dāng)然導(dǎo)電高分子也具有它自身性質(zhì)所帶來的缺陷，譬如由于其鏈間的作用力大、導(dǎo)致其脆性大，在日常生產(chǎn)中很難大面積的成膜，就算使用電化學(xué)的方法，也只能獲得小面積的膜，限制了其大規(guī)模的生產(chǎn)。但這一缺陷最終得到了有效的解決，研究人員P. T.C. Wong[18]等人在紙質(zhì)基上制成了大

40、面積的膜，并且具有很好的拉伸性能，其利用的是化學(xué)氧化法，這種材料在在2～18GHz雷達(dá)波頻段，具有非常好的電磁屏蔽性能</p><p>　　為了使導(dǎo)電高分子雷達(dá)吸波材料的吸波頻帶得到有效的展寬,可將材料與磁性材料進(jìn)行復(fù)合處理,使其在具有電損耗的性質(zhì)的基礎(chǔ)上增加磁損耗功能，使其具有更為優(yōu)秀的屏蔽材料。P. Poddar[19-20]等研究了PPY包裹的錳-鋅鐵酸鹽納米顆粒與普通納米顆粒的磁性能。結(jié)果表明, PPY包

41、裹的納米顆粒的居里溫度明顯提高。</p><p>　　由于納米材料的特殊磁效應(yīng),王國強(qiáng)等比較了不同鐵氧體與導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電磁波吸收特點(diǎn)、納米與非納米吸波復(fù)合材料電損耗角、磁損耗角隨鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況以及納米與非納米吸波復(fù)合材料反射洗漱隨頻率變化曲線，如圖1-2、圖1-3所示。結(jié)果表明,我們制得的材料擁有更好的損耗角度，可以使反射效應(yīng)減小，所以其應(yīng)用效果遠(yuǎn)好于未復(fù)合前。</p><p&

42、gt;　　研究員萬梅香[21]等人證明了導(dǎo)電高分子介電損耗與界面極化有著密切的聯(lián)系，為了更好的闡述的這一特性，更是制作了“導(dǎo)電孤島”的模型。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，介電損耗主要依靠模型中的“導(dǎo)電孤島”來完成的，而其之所以能介電損耗也是與其本身的性質(zhì)密不可分。這些人還研制了厚度大約在3mm左右的導(dǎo)電高分子吸波材料涂層，在3cm(8～12GHz)波段,反射衰減小于- 10dB；涂層厚度在10～15μm時(shí),一些導(dǎo)電高分子在8～20μm波段范圍內(nèi)的紅外發(fā)

43、射率可小于0.4。</p><p>　　圖1-2 納米與非納米吸波復(fù)合材料電損耗角、磁損耗角隨鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況</p><p>　　圖1-3 納米與非納米吸波復(fù)合材料反射洗漱隨頻率變化曲線</p><p>　　1.2.4 視黃基席夫堿鹽電磁屏蔽涂料</p><p>　　視黃基席夫堿鹽吸波材料，這類高極化鹽類材料結(jié)構(gòu)中的雙聯(lián)離子位移具

44、有吸波性能，其具有強(qiáng)極化特性，雷達(dá)波遇到這種鹽吸收被吸收，能量將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌簦晕覀冋J(rèn)定：某種特定類型的鹽可以吸收特定波長的雷達(dá)波。</p><p>　　1.2.5多晶鐵纖維吸收劑</p><p>　　多晶鐵纖維具有密度小的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)使其相比其他的吸波材料在質(zhì)量上減輕了40％到60％，對(duì)于那些密度比較大的電磁屏蔽材料存在很大的優(yōu)勢(shì)，并且它還能保證在很寬的頻段內(nèi)依然有非常高的吸收

45、率，它是通過渦輪和磁損耗來工作的。</p><p>　　1.2.6等離子體電磁屏蔽材料</p><p>　　等離子體電磁屏蔽材料是一種新型的電磁屏蔽材料，它的實(shí)質(zhì)就是利用放射性同位素發(fā)射的a粒子，將周圍空氣電離，形成等離子體。許多國家目前已研制成功一種全新的等離子體隱身技術(shù)，即將用于其第五代戰(zhàn)斗機(jī)。</p><p>　　1.3 課題的研究內(nèi)容、意義及目標(biāo)</p

46、><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容</p><p>　　本課題從聚乙烯醇的制備成膜以及多壁碳納米管的物理及化學(xué)性質(zhì)入手，研究了PVA的結(jié)構(gòu)性能，多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)特性；實(shí)驗(yàn)制備了多壁碳納米管／PVA復(fù)合材料，在雷達(dá)波范圍內(nèi)測試電磁屏蔽性能。實(shí)驗(yàn)大體步驟如下：</p><p>　　第一步：對(duì)相同質(zhì)量的聚乙烯醇浸泡在80ml的蒸餾水中，并分別在80，85，90，95攝氏度中

47、水浴加熱20分鐘，進(jìn)行四組平行實(shí)驗(yàn)并選取溶解度好且雜質(zhì)少的溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；</p><p>　　第二步：對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙烯醇進(jìn)行制膜，并對(duì)其的粘度，透明度，厚度，斷裂伸長率進(jìn)行綜合評(píng)定；</p><p>　　第三步：對(duì)碳納米管進(jìn)行預(yù)處理；</p><p>　　第四步：對(duì)碳納米管的分散性進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；</p><p>　　第五步：研究了以碳納

48、米管為吸收劑，以PVA為基體的復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。</p><p>　　綜上所述，在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA溶液中加入不同質(zhì)量的多壁碳納米管電磁屏蔽性能的影響，并制備不同多壁碳納米管含量的多壁碳納米管／PVA復(fù)合材料，對(duì)其電磁屏蔽性能進(jìn)行測試。</p><p><b>　　1.3.2研究意義</b></p><p>　　首先，與人們?nèi)粘９ぷ骱蜕?/p>

49、活密切相關(guān)的電磁輻射源如移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、微波爐、電視機(jī)等由于距離人體甚近，產(chǎn)生的強(qiáng)輻射會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。最新的研究發(fā)現(xiàn)，電磁波對(duì)人體的影響而產(chǎn)生的癥狀包括失眠、神經(jīng)過敏、頭痛、褪黑激素分泌減少以及脈搏減慢等，同時(shí)電磁波還會(huì)引起白血癌、腦癌、中樞神經(jīng)癌以及癡呆等疾病的發(fā)生。其次，電磁波容易影響精密電子儀器的正常工作，如導(dǎo)致誤動(dòng)、圖像或聲音障礙等，降低設(shè)備使用壽命。據(jù)估計(jì)，全世界電子電氣設(shè)備由于電磁干擾發(fā)生故障，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)

50、5億美元。再者，電磁波會(huì)導(dǎo)致信息泄漏，使計(jì)算機(jī)等設(shè)備無信息安全保障，直接危害國家信息安全。有資料表明，在1000m 范圍內(nèi)，普通計(jì)算機(jī)輻射帶信息的電磁波可以被竊取并復(fù)原[22-25]。 </p><p><b>　　1.3.3研究目標(biāo)</b></p><p>　　(l)通過對(duì)多壁碳納米管/聚乙烯醇電磁屏蔽復(fù)合材料力學(xué)、電學(xué)、電磁屏蔽性能的研究，優(yōu)選優(yōu)秀的碳納米管種類作

51、為復(fù)合材料的電磁損耗劑，并獲得能較大幅度提高材料電磁屏蔽性能的組合方案；</p><p>　　(2)通過對(duì)復(fù)合材料電學(xué)性能及電磁學(xué)性能表征方法的研究，獲得最適用于多壁碳納米管/聚乙烯醇電磁屏蔽材料的性能測試方法；</p><p>　　(3)制備出具有較高電磁屏蔽效能的復(fù)合材料磁屏蔽材料；</p><p>　　(4)初步掌握多壁碳納米管/聚乙烯醇電磁屏蔽材料與電磁波的

52、作用機(jī)制與屏蔽機(jī)理。</p><p><b>　　理論部分</b></p><p>　　2.1碳納米管的物理性能</p><p>　　2.1.1碳納米管的力學(xué)性能</p><p>　　碳納米管是有六元環(huán)結(jié)構(gòu)的石墨片卷曲而成的管狀結(jié)構(gòu)，在石墨平面中sp2雜化而形成的C-C鍵是自然界最強(qiáng)、最穩(wěn)定的化學(xué)鍵之一，以及碳納米管的閉

53、合結(jié)構(gòu)和高的長徑比，使它具有優(yōu)異的力學(xué)性能。理論證明，碳納米管的抗張強(qiáng)度比鋼高100倍，碳纖維的近20倍，被稱為超級(jí)纖維，而密度約為1.2-2.1g/cm3，僅為鋼的l/6-1/7；實(shí)測楊氏模量高達(dá)1TPa以上，與金剛石的模量幾乎相同：延伸率也高達(dá)百分之幾；具有良好的彎曲性，彎曲強(qiáng)度可達(dá) 14．2GPa，這些都表明它具有極高的強(qiáng)度和極大的韌性。碳納米管中空的管狀結(jié)構(gòu)，在垂直于軸向施加壓力或彎曲碳納米管時(shí)，碳納米管彎曲成小圓環(huán)后，去除

54、應(yīng)力后能恢復(fù)原狀，壓力也不會(huì)導(dǎo)致它斷裂，因而表現(xiàn)出良好的抗脆性、塑性變形或鍵斷裂的能力。碳納米管的高強(qiáng)度、高模量、高柔韌性和低密度使得它在聚合物材料增強(qiáng)、顯微鏡探針等方面有著重要的價(jià)值。</p><p>　　2.1.2碳納米管的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)</p><p>　　碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了特殊的電學(xué)性質(zhì)，這是由于電子的量子物理效應(yīng)引起的。電子只能在單層石墨片中沿管的軸向運(yùn)動(dòng)，徑向運(yùn)動(dòng)受阻，波矢

55、是沿著軸向的。碳納米管的導(dǎo)電性隨二維石墨平面卷曲的手性角度和直徑不同而發(fā)生變化，可呈現(xiàn)金屬、半金屬或半導(dǎo)體性，因而可通過改變碳納米管的手性和直徑來調(diào)整它的導(dǎo)電性。單臂碳納米管是金屬性的，而手性和鋸齒碳納米管中部分是導(dǎo)體，部分是半導(dǎo)體。碳納米管由于電子波函數(shù)長距離的相干性、長徑比大及良好的力學(xué)性能可以作為納米導(dǎo)線，在未來的納米電子器件中應(yīng)用。由于庫侖阻塞和隧穿效應(yīng)，碳納米管在場發(fā)射器、掃描隧道顯微鏡或電子顯微鏡的探針、單電子隧穿管、鋰離子

56、電池材料及超級(jí)電容器等領(lǐng)域里有極大的應(yīng)用前景。碳納米管在軸向上的導(dǎo)電性高于銅，比石墨和炭黑高，可作為優(yōu)良的導(dǎo)電劑。因而，碳納米管可以加入到聚合物材料中，提高聚合物的抗靜電能力。</p><p>　　2.1.3碳納米管的熱學(xué)性質(zhì)</p><p>　　碳納米管具有良好的導(dǎo)熱性能，與金剛石有類似的熱導(dǎo)性質(zhì)。碳納米管的熱電勢(shì)可以理解成為一個(gè)載流子所攜帶的熵。碳納米管的直徑很小，管長很長，沿著管的軸

57、向上有很高的熱交換性能。碳納米管可以通過定向生長排列，制備出高的熱傳導(dǎo)材料。</p><p>　　碳納米管的優(yōu)越熱學(xué)性能使它在導(dǎo)熱材料領(lǐng)域里有廣泛的用途。在高分子材料中，碳納米管作為添加劑，將極大提高聚合物的導(dǎo)熱性能。另外，碳納米管在導(dǎo)熱硅脂、電子封裝等領(lǐng)域里都有廣泛的用途。OCZ公司已經(jīng)制備出碳納米管CPU散熱器的實(shí)物，比銅制材料的導(dǎo)熱效率高5倍，不需要另加風(fēng)扇就可以保證CPU散熱。碳納米管的取向生長，是制備出

58、各種有序陣列結(jié)構(gòu)碳納米管和實(shí)現(xiàn)碳納米管實(shí)際應(yīng)用的前提，也是當(dāng)前碳納米管工業(yè)應(yīng)用的難題之一。</p><p>　　碳納米管除了具有上述的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)外，還在光學(xué)和儲(chǔ)氫等方面有良好性能。這些優(yōu)良性質(zhì)使得碳納米管在對(duì)聚合物復(fù)合材料增強(qiáng)的同時(shí)，還可以賦予復(fù)合材料其它諸多優(yōu)異性能，有望獲得多種功能兼容的新型復(fù)合材料。</p><p>　　2.2碳納米管的屏蔽原理</p><

59、;p>　　電磁干擾的屏蔽主要有三種機(jī)理，反射、吸收和多次反射，通常反射起主要作用。電磁波反射要求屏蔽材料具有良好的導(dǎo)電性能。碳納米管具有極高的強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，是聚合物基復(fù)合材料的理想填料，碳納米管添加到聚乙烯醇中不但可提高聚合物的強(qiáng)度，而且可有效提高其導(dǎo)電性能 。故本實(shí)驗(yàn)以多壁碳納米管為屏蔽填料。</p><p>　　2.3碳納米管的分散原理 </p><p>　　由于碳納米

60、管顆粒很小,比表面積很大,管間具有很強(qiáng)的范德華力,因而常常出現(xiàn)纏結(jié)現(xiàn)象,本文通過在溶劑中加入表面活性劑來降低碳納米管表面張力,改變體系界面狀態(tài)而達(dá)到分散的目的。要達(dá)到均勻的分散度,物質(zhì)分子間的內(nèi)聚力應(yīng)低于物質(zhì)分子與溶劑分子間的吸引力,所以溶劑的選擇會(huì)影響分散過程的進(jìn)行。由于碳納米管具有疏水效應(yīng),所以在水中直接分散的效果較差;而在乙醇溶劑中,加入的表面活性劑吸附在碳納米管上,防止或降低碳納米管的聚集作用及相互纏繞現(xiàn)象。我們選擇不同類型的陽

61、離子、陰離子、和非離子表面活性劑作為分散劑,利用超聲振蕩方法研究碳納米管的分散。 </p><p>　　2.4聚乙烯醇的結(jié)晶度對(duì)其性能的影響</p><p>　　盡管工業(yè)生產(chǎn)的PVA是無規(guī)立體結(jié)構(gòu)，立體規(guī)整性較差，但由于PVA中羥基的體積較小且能在分子間形成較強(qiáng)的氫鍵作用，聚乙烯醇仍可通過PVA分子鏈的取向排列而具有強(qiáng)的結(jié)晶傾向在一定區(qū)域內(nèi)PVA分子鏈平行排列形成結(jié)晶區(qū)而在另一些區(qū)域PV

62、A分子鏈無規(guī)纏繞形成非結(jié)晶區(qū)，PVA結(jié)晶結(jié)構(gòu)模型示意如圖2-1。 </p><p>　　圖2-1 PVA晶體結(jié)構(gòu)</p><p>　　影響PVA結(jié)晶度的因素很多，主要有：殘存醋酸根含量、支鏈長短和數(shù)量、PVA分子鏈的立體規(guī)整性、熱處理溫度和過程、水含量、拉伸或取向等，在這些因素中，殘存醋酸根含量對(duì)PVA分子鏈的取向排列和結(jié)晶影響明顯，殘存醋酸根含量降到3％以下時(shí)，PVA的結(jié)晶傾向顯著增加

63、。一般，醇解后得到的PVA結(jié)晶度可以達(dá)到30％左右，經(jīng)熱處理、拉伸或取向后PVA的結(jié)晶度可高達(dá)到70％。PVA結(jié)晶度對(duì)聚乙烯醇溶解性、膨潤性、強(qiáng)度、熔點(diǎn)、耐熱性、低溫粘度穩(wěn)定性有明顯影響，PVA結(jié)晶度增加，PVA分子鏈間的氫鍵作用力強(qiáng)，PVA的強(qiáng)度、耐水性、熔點(diǎn)提高，PVA結(jié)晶度下降，PVA的水溶性、膨潤性、低溫粘度穩(wěn)定性提高。因此，通過控制PVA的氫鍵作用行為和結(jié)晶行為，可以改善PVA的強(qiáng)度、熔融加工特性、水溶性、耐熱性和粘度穩(wěn)定性。

64、 </p><p>　　2.5聚乙烯醇的成膜原理</p><p>　　構(gòu)成多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的主要原料是聚乙烯醇,由于含有大量的羥基,可在水中溶脹或溶解,是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一具有水溶性的高聚物。故本試驗(yàn)以聚乙烯醇為主要成膜原料。</p><p>　　聚乙烯醇(PVA) 具有良好的生物相容性和無毒性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，并具有良好的成膜性、膜阻氧性、抗靜電性、

65、韌性和耐化學(xué)性，使其在藥物醫(yī)學(xué)環(huán)保、包裝、化纖、食品等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。本文使用多壁碳納米管進(jìn)行功能化處理后與聚乙烯醇進(jìn)行溶液共混，采用超聲波輔助分散，制備 復(fù)合材料，考察了碳納米管的加入對(duì)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、物理機(jī)械性能及電磁屏蔽性能的影響。</p><p>　　2.6屏蔽效能的測試原理及方法</p><p>　　2.6.1屏蔽效能的測試原理</p><p>　

66、　測試原理是選測方法的理論指導(dǎo)，研究復(fù)合電磁屏蔽材料屏蔽性能有必要對(duì)測試原理和測試方法進(jìn)行探討和總結(jié)。</p><p>　　電磁屏蔽材料對(duì)電磁場的屏蔽效能除了材料本身的特點(diǎn)外，主要取決于輻射源性質(zhì)和它距離場源的距離和角度。輻射場源為遠(yuǎn)場時(shí)測試較為簡單，但是在實(shí)際生活中的電磁環(huán)境是很復(fù)雜的，所以電磁場的輻射源主要近似近場源或介于遠(yuǎn)場與近場之間，電場和磁場無固定關(guān)系，要進(jìn)行具體分析需要分別進(jìn)行測量。并且一般電磁場對(duì)距

67、離敏感性很強(qiáng)，決定一般電磁環(huán)境較為困難，故在測試時(shí)一般是假設(shè)選取一種起主要作用的模擬場來進(jìn)行測量。</p><p>　　屏蔽效能測試方法的選擇除了考慮以上因素以外，還要從測試裝置出發(fā)，考慮如下幾點(diǎn)：裝置要易于搭建、使用簡單、成本較低；得出測試結(jié)果時(shí)間要快、結(jié)果要準(zhǔn)確可靠；多次測試重現(xiàn)性要好、測試的屏蔽動(dòng)態(tài)范圍要足夠大；能測試不同種類、形狀和性質(zhì)的材料。</p><p>　　2.6.2屏蔽效

68、能測試方法</p><p>　　2.6.2.1近場法</p><p>　　測試距離時(shí)的模擬場為近場，根據(jù)這個(gè)范圍內(nèi)的電磁波特點(diǎn)，主要適用于基于電偶極子和磁偶極子的近場屏蔽理論。對(duì)吸波材料來說，在這個(gè)范圍內(nèi)，磁感應(yīng)明顯，主要是防磁場效應(yīng)。目前來說主要的測試方法有ASTM-ES-7雙盒法和改進(jìn)的MIL-STD-285法。</p><p>　　2.6.2.2遠(yuǎn)場法<

69、/p><p>　　測試距離在范圍內(nèi)的模擬場，適用于平面電磁波理論。遠(yuǎn)場法主要有ASYM-ES同軸傳輸線法和法蘭同軸法兩種。同軸傳輸線法是美國國家材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM)推薦的一種測量吸波材料的方法，該方法是根據(jù)電磁波在同軸傳輸線內(nèi)傳播的是模擬電磁橫向波這一原理，模擬自由空間遠(yuǎn)場的傳輸過程，可對(duì)吸波復(fù)合材料進(jìn)行平面波的屏蔽效應(yīng)測定。法蘭同軸法是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）推薦的一種測量吸波性能的方法，這種方法的原理與同軸傳

70、輸線相類似，所不同的是改進(jìn)了樣品與同軸傳輸線的連接，使其接觸阻抗減小，因此重復(fù)性好，測試更加精確。</p><p>　　2.6.2.3屏蔽室法</p><p>　　屏蔽室測試是一種既非遠(yuǎn)場也非近場的測試方法，也不是介于兩種之間的一種測試方法。其測量的頻率范圍很廣，可以根據(jù)需要選取不同的發(fā)射天線在不同頻率下進(jìn)行測試，而且可以模擬不同的場，從不同的方向?qū)Σ牧掀帘涡苓M(jìn)行測試，同時(shí)還能對(duì)不同的材

71、料進(jìn)行測試而不禁局限與特定形狀和種類的材料。該方法的測量原理是測試有無屏蔽材料的阻擋時(shí)，接受信號(hào)裝置的場強(qiáng)和功率之差，即為屏蔽效能SE。</p><p><b>　　圖2-2 屏蔽室</b></p><p>　　如圖2-2，屏蔽室是像一個(gè)密閉的小屋一樣，其內(nèi)部有發(fā)射天線，電磁波透過屏蔽材料到屏蔽室外后被接受天線接受，經(jīng)信號(hào)分析后得到材料的屏蔽效能。在屏蔽室建成后，要

72、對(duì)屏蔽室的薄弱部位如接縫、門縫、通風(fēng)窗、室角等處進(jìn)行檢漏，找出結(jié)構(gòu)上的缺陷，采用措施進(jìn)行改進(jìn)，提高屏蔽室測試準(zhǔn)確度。在檢漏儀檢漏合格后才能進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p>　　屏蔽室測試的頻率范圍寬，樣品尺寸選擇性大，且可以測試不同種類的材料，有很多優(yōu)點(diǎn)，但起結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，且對(duì)屏蔽室制作材料和制造工藝要求較高，使得屏蔽室造價(jià)很高，這也就限制了他的使用和發(fā)展，一般只有非常專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)才會(huì)使用。</p>

73、<p><b>　　第三章 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p><b>　　3.1實(shí)驗(yàn)藥品</b></p><p>　　表3-1 實(shí)驗(yàn)藥品</p><p><b>　　3.2實(shí)驗(yàn)儀器</b></p><p>　　表3-2 實(shí)驗(yàn)儀器</p><

74、;p><b>　　3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　3.3.1聚乙烯醇制備時(shí)水浴溫度的測定</p><p>　　取6g聚乙烯醇溶于80ml蒸餾水中，浸泡8小時(shí)，然后水浴恒溫加熱，設(shè)溫度分別為80℃、85℃、90℃、95℃不斷攪拌加熱25分鐘，室溫放置30分鐘，觀察其溶解程度大小，以及溶解快慢，并根據(jù)最后獲得的溶液的透明度選取合適的溫度。</p&g

75、t;<p>　　3.3.2聚乙烯醇溶液粘度的測定</p><p>　　首先分別將6g、6.5g、7g、7.5g、8g、8.5g、9g、9.5g、10g放入80ml蒸餾水中，然后不斷攪拌水浴加熱25分鐘，加熱完畢后，馬上進(jìn)行粘度的測定，使與粘度計(jì)連接的恒溫水箱保持90攝氏度的溫度，然后進(jìn)行粘度的測量。</p><p>　　3.3.3聚乙烯醇成膜斷裂伸長率的測定</p>

76、;<p>　　將上述溶液靜置，放置30分鐘，然后對(duì)其進(jìn)行刮膜處理：我們先取一個(gè)水平的平面，利用水平測試器進(jìn)行找平的步驟，選取約1mm深的刮膜棒進(jìn)行刮膜，完畢后，待膜自然冷卻至，略微傾斜不再流動(dòng)時(shí)，放置烘箱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（60攝氏度）內(nèi)40分鐘即可。成膜之后我們要對(duì)其韌性進(jìn)行測量：截取寬一厘米，窄4厘米大小的膜，設(shè)定拉力測試儀數(shù)據(jù)為：隔距: 25 mm，速度: 125 mm/min，溫濕度: 25 ℃，然后進(jìn)行拉力測定數(shù)據(jù)。

77、</p><p>　　3.3.4超聲對(duì)碳納米管分散性能影響的測定</p><p>　　在不同的超聲振蕩時(shí)間下,對(duì)比碳納米管分散形態(tài)的差異。用0.2g十二烷基磺酸鈉作為分散劑,加入相同碳納米管后超聲不同的時(shí)間后,靜置3小時(shí),測試其在195nm波長處的吸光度情況，因?yàn)樘技{米管對(duì)全波長的光譜具有強(qiáng)吸收性，如果其透過率越低，可以說明碳納米管分散越好，可以間接反應(yīng)多壁碳納米管懸浮液的穩(wěn)定性。<

78、/p><p>　　3.3.5表面活性劑濃度對(duì)碳納米管分散影響的測定</p><p>　　對(duì)比陰離子型表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉)濃度對(duì)碳納米管分散形態(tài)的差異。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的是將不同質(zhì)量十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑配置成水溶液約10ml，加入95%無改性碳納米管0.02克，最后配成20ml的碳納米管溶液，超聲震蕩30分鐘，使之成為分散均勻的碳納米管溶液，靜置3個(gè)小時(shí)。此時(shí)溶液已經(jīng)分層，用滴管吸取

79、上層較為澄清的部分進(jìn)行紫外分光光度計(jì)測試。</p><p>　　3.3.6多壁碳納米管/聚乙烯醇膜的制備</p><p>　　我們分六部制備碳納米管/PVA膜。步驟如下：</p><p>　　將高溫堿處理碳管碳納米管用瑪瑙研缽進(jìn)行研磨數(shù)分鐘。然后稱取一定數(shù)量的碳納米管與聚乙烯醇。</p><p>　　將稱量好的碳納米管和PVA分別放入兩個(gè)燒杯

80、中，將這兩個(gè)燒杯在真空干燥箱中抽真空并加熱。</p><p>　　(3)取出PVA倒入少杯中并放入60ml水，室溫下浸泡8個(gè)小時(shí)，再將其放入三口燒瓶中，用鐵架臺(tái)固定在恒溫水浴鍋中，升溫至90℃在不斷攪拌的情況下進(jìn)行恒溫加熱。</p><p>　　(4)與此同時(shí)將真空干燥好的碳納米管，分別稱取0.5g、0.75g、1g、1.25g。并放入20ml蒸餾水，超聲10分鐘，用膠頭滴管緩慢放入加熱中

81、的PVA，并加熱25分鐘。</p><p>　　(5)加熱完畢后，直接放入超聲器中超聲20分鐘，再進(jìn)行掛膜。</p><p>　　(6)將膜室溫放置3小時(shí)后，放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃時(shí)干燥40分鐘后脫模，最終獲得以無改性碳納米管為吸收劑，PVA為基體的復(fù)合材料。</p><p>　　3.3.7多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的導(dǎo)電性能測試</p>

82、;<p>　　按照章節(jié)3.3.6前三步進(jìn)行制備，然后將真空干燥好的碳納米管，稱取0g、0.08g、0.16g、0.32g、0.48g、0.64g95%無改性碳納米管，加熱25分鐘，超聲處理20分鐘，進(jìn)行刮膜處理，成膜后，將其裁剪均勻，測量其電阻率與多壁碳納米管含量的關(guān)系。</p><p>　　3.3.8不同含量的多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜斷裂伸長率及斷裂強(qiáng)力測試</p><

83、p>　　按照章節(jié)3.3.6步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料中成膜進(jìn)行拉力測定。</p><p>　　3.3.9多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的電磁屏蔽效應(yīng)的測試方法</p><p>　　按照章節(jié)3.3.6原理進(jìn)行制備，并測試其吸波性能。</p><p>　　先連接好實(shí)驗(yàn)裝置，然后接通電源；</p><p>　

84、　預(yù)熱15分鐘左右，待設(shè)備穩(wěn)定后，將頻譜分析儀校準(zhǔn)；</p><p>　　按測試要求測試未放入試樣的屏蔽效能值，將讀數(shù)歸一；</p><p>　　放入準(zhǔn)備好的待測試樣，測試屏蔽效能值，記錄讀數(shù)；</p><p>　　測試完畢按要求關(guān)閉儀器，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)儀器是數(shù)顯的，會(huì)直接顯示接收功率值，故放入試樣的屏蔽效能值與未放入屏

85、蔽效能值之差即為屏蔽效能值，不用再計(jì)算。</p><p><b>　　結(jié)果與討論</b></p><p>　　4.1聚乙烯醇水浴制備溫度的選擇</p><p>　　根據(jù)章節(jié)3.3.1步驟觀察其溶解程度大小，以及溶解快慢，并根據(jù)最后獲得的溶液的透明度選取合適的溫度。最終我們確定溫度在90℃時(shí)，聚乙烯醇溶液中無雜質(zhì)且透明度是最好的。</p&g

86、t;<p>　　4.2聚乙烯醇粘度與斷裂伸長率的數(shù)據(jù)分析</p><p>　　利用origin軟件我們得到了這樣一個(gè)單增的曲線圖（下圖），從這幅圖中我們不難發(fā)現(xiàn)隨著聚乙烯醇PVA質(zhì)量的增加，粘度也隨之上升，與此可知粘度的增加會(huì)影響碳納米管在以聚乙烯醇為基體的溶液中的分散性，所以在其他條件相仿時(shí)，我們會(huì)選取粘度較小的進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明結(jié)果如圖4-1所示。</p><p>　

87、　表4-1 不同PVA含量的粘度值</p><p>　　圖4-1 PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)與粘度的關(guān)系</p><p>　　接下來我們對(duì)以上幾組試驗(yàn)剩余的溶液進(jìn)行了靜置，放置了30分鐘，然后對(duì)其進(jìn)行刮膜處理：我們先取一個(gè)水平的平面，利用水平測試器進(jìn)行找平的步驟，選取約1mm深的刮膜棒進(jìn)行刮膜，完畢后，待膜自然冷卻至，略微傾斜不再流動(dòng)時(shí)，放置烘箱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（60攝氏度）內(nèi)40分鐘即可。<

88、;/p><p>　　成膜之后我們要對(duì)其韌性進(jìn)行測量：截取寬一厘米，窄4厘米大小的膜，設(shè)定拉力測試儀數(shù)據(jù)為：隔距: 25mm，速度: 125mm/min，溫濕度: 25 ℃，然后進(jìn)行拉力測定數(shù)據(jù)如表4-2：</p><p>　　表4-2 不同PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)成膜的斷裂伸長率</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：隨著聚乙烯醇濃度的增大，聚乙烯醇膜的斷裂伸長率以及斷裂

89、強(qiáng)力顯著提高，聚乙烯醇的濃度與斷裂伸長率以及斷裂強(qiáng)力成正比，斷裂伸長率是指在拉斷時(shí)的位移值與原長的比值，而斷裂強(qiáng)力則是是指材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力，所以根據(jù)圖4-2表明了隨著聚乙烯醇濃度的增大，成膜的韌性也有了很大的提高。 </p><p>　　圖4-2 PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)與斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)力的關(guān)系</p><p>　　由于當(dāng)PVA溶液粘度太大不易于接下來碳納米管的分散，而斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)力的

90、數(shù)值較大可以使膜韌性更為優(yōu)秀，物理性能更出色。所以我們選取了粘度曲線中斜率最小的部分，即為8g時(shí)，此時(shí)既滿足了良好的斷裂伸長率也兼顧了其分散的效果。</p><p>　　4.3超聲時(shí)間對(duì)碳納米管分散的影響</p><p>　　碳納米管對(duì)全波長的光譜具有強(qiáng)吸收性，如果其透過率越低，說明碳納米管分散越好，可以間接反應(yīng)多壁碳納米管懸浮液的穩(wěn)定性[26]。因此可以根據(jù)吸光度來判斷分散效果。分散越好

91、,經(jīng)過超聲處理之后，靜置3小時(shí)沉降后留在上層清液中的納米粒子濃度越高,吸光度值就越大。實(shí)驗(yàn)證明, 多壁碳納米管水分散液的吸光度最大吸收峰對(duì)應(yīng)波長為195nm,用此波長的入射光通過溶液具有最佳的靈敏度,所以吸光度實(shí)驗(yàn)入射波長均為195nm[27-29]。</p><p>　　十二烷基苯磺酸鈉在195nm處，吸波性能很小，對(duì)多壁碳納米管吸光性能的影響非常小，我們改變其濃度，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。</p>

92、<p>　　表4-3 碳納米管在不同超聲時(shí)間下的形態(tài)</p><p>　　圖4-3 超聲時(shí)間對(duì)碳納米管分散的影響</p><p>　　從表4-3中可以明顯看出,延長超聲振蕩時(shí)間后碳納米管的穩(wěn)定性大大加強(qiáng)。這是由于在超聲場中,頻率超聲波所產(chǎn)生的“超聲空化氣泡”爆炸時(shí)釋放出巨大的能量,產(chǎn)生局部的高溫高壓環(huán)境和具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流。這種空化作用有利于微小顆粒的形成,還可以對(duì)團(tuán)

93、聚起到剪切作用。另外,超聲空化作用在形成的顆粒表面上產(chǎn)生的大量微小氣泡又進(jìn)一步抑制了顆粒的凝結(jié)和長大。</p><p>　　4.4表面活性劑濃度對(duì)碳納米管分散影響</p><p>　　以下是根據(jù)紫外分光光度計(jì)儀器得到的數(shù)據(jù)，見表4-4：</p><p>　　表4-4 不同質(zhì)量的十二烷基苯磺酸鈉對(duì)碳納米管分散的影響</p><p>　　利用o

94、rigin軟件我們得到了圖4-3，從圖中得知碳納米管的吸光度在第三個(gè)點(diǎn)達(dá)到了最大值，之后趨于平緩，曲線有鮮明的特點(diǎn)，有利于我們找取最佳的分散劑質(zhì)量。</p><p>　　圖4-4 十二烷基磺酸鈉的用量對(duì)碳納米管分散的影響</p><p>　　圖4-4說明了陰離子型表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉）的濃度對(duì)改善碳納米管分散性有重要的影響。過高濃度的分散劑反而會(huì)使分散性降低。這是由于表面活性劑在

95、碳納米管表面層形成了飽和吸附,再增大表面活性劑的濃度,表面張力不再降低,只能增多膠束,而膠束的增多甚至?xí)帄Z表面層的活性劑分子而使碳納米管穩(wěn)定性下降。與此同時(shí)，由于十二烷基苯磺酸鈉的摩爾濃度逐漸增大，其吸波性能依舊符合實(shí)驗(yàn)原理，據(jù)此可以證明十二烷基苯磺酸鈉對(duì)碳納米管的吸光度沒有影響。</p><p>　　4.5多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的導(dǎo)電性能</p><p>　　圖4-5為采用溶

96、液共混制備的 復(fù)合材料表面電阻率隨碳納米管含量變化的關(guān)系曲線</p><p>　　圖4-5 復(fù)合材料的電阻率與多壁碳納米管含量的關(guān)系</p><p>　　由圖4-5可以看出，在復(fù)合體系中出現(xiàn)了明顯的滲濾現(xiàn)象。在碳納米管含量很低時(shí)，復(fù)合材料的表面電阻率基本不發(fā)生變化或變化非常小，材料仍為絕緣性；隨著碳納米管含量的增大，電阻率逐漸下降，在達(dá)到滲濾閾值附近，電阻率突然急劇下降幾個(gè)數(shù)量級(jí)，轉(zhuǎn)變

97、為導(dǎo)電性材料，說明此時(shí)碳納米管在復(fù)合體系中已形成連續(xù)的導(dǎo)電通路或網(wǎng)絡(luò) 而碳納米管含量超過滲濾閾值后，由于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，再增大碳納米管用量，對(duì)電阻率的影響很小。</p><p>　　4.6不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜的力學(xué)分析</p><p>　　表4-5不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多壁碳納米管/聚乙烯醇膜斷裂伸長率及斷裂強(qiáng)度</p><p>　　圖4-6

98、多壁碳納米管對(duì)復(fù)合材料斷裂伸長率以及斷裂強(qiáng)力的影響</p><p>　　圖4-6為共混膜的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果從圖4-6可以看出，碳納米管的加入使得的拉伸強(qiáng)度提高，斷裂伸長率下降，復(fù)合材料的性能不僅取決于復(fù)合體系自身的特點(diǎn)，也取決于填料在基體中的分布方式及其與基體之間界面的黏結(jié)狀態(tài)，碳納米管與聚乙烯醇之間具有強(qiáng)烈的相互作用，這種相互作用可以提高碳納米管與聚乙烯醇的相容性，使得碳納米管在聚合物基體中分散得很相對(duì)均勻，這樣可

99、以有效地阻止來自各個(gè)方向的裂紋，從而提高復(fù)合材料膜的斷裂強(qiáng)度，斷裂伸長率明顯下降是由于碳納米管的加入使聚乙烯醇分子運(yùn)動(dòng)能力受到束縛造成的。</p><p>　　4.7不同含量的多種多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的偏光圖</p><p>　　圖4-7、4-8、4-9、4-10是不同含量的多種多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的熒光光譜儀拍下的圖片：</p><p>　　(A)

100、 (B)</p><p>　　(C) (D)</p><p>　　圖4-7 在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(A)5.88%(B)8.57%(C

101、)11.11%(D)13.51%的無改性多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的熒光光譜儀拍下的圖片</p><p>　　(A) (B)</p><p>　　(C) (D)</p><p

102、>　　圖4-8 在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(A)5.88%(B)8.57%(C)11.11%(D)13.51%的-OH改性多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的熒光光譜儀拍攝的圖片</p><p>　　(A) (B) </p><p>　　(C)

103、 (D)</p><p>　　圖4-9 在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(A)5.88%(B)8.57%(C)11.11%(D)13.51%的-COOH改性多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的熒光光譜儀拍攝的圖片</p><p>　?。ˋ） （B） </p><

104、;p>　?。–） （D）</p><p>　　圖4-10 在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(A)5.88%(B)8.57%(C)11.11%(D)13.51%的鍍Ni多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的熒光光譜儀拍下的圖片</p><p>　　如上圖4-7、4-8、4-9、4-10我們可以發(fā)現(xiàn)：圖中深色部分為多壁碳納米管,淺

105、色部分為PVA，從圖中可以看到，碳納米管之間經(jīng)過分散處理可以達(dá)到分散的效果，但仍有相互纏繞的現(xiàn)象，其中，超聲分散產(chǎn)生的超聲波能夠破壞碳納米管間的范德華力從而將分布于PVA中的碳納米管團(tuán)塊震蕩散開。表面活性劑能在碳納米管表面或界面進(jìn)行規(guī)則排列，形成分子定向排列的層狀或特定形狀，是碳納米管在保持自身結(jié)構(gòu)完整的同時(shí)良好的分散于PVA溶液中，并長時(shí)間保持穩(wěn)定。</p><p>　　由于碳納米管的含量的不同，以及經(jīng)過不同的

106、改性處理，使得情況有所不同。由各組中(A)、(B)、 (C)、 (D)四幅圖片，可以發(fā)現(xiàn)隨著添加量的增加，碳納米管在PVA中的分散趨于均勻，從而有效提高多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。當(dāng)碳納米管含量相同時(shí)，無改性多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料、-OH改性多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料-COOH改性多壁碳納米管/PVA復(fù)合材料的分散性相差不大，表明改性對(duì)碳納米管在PVA中的分散影響不大，而鍍Ni碳納米管的分散明顯好于其他三種碳納米

107、管，可以達(dá)到良好的分散效果。</p><p>　　4.8多壁碳納米管/聚乙烯醇的電磁屏蔽效應(yīng)的數(shù)據(jù)分析</p><p>　　對(duì)多壁碳納米管分別進(jìn)行2種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成膜之后對(duì)其屏蔽效能進(jìn)行了測試。根據(jù)其種類的不同，選取了不同的頻率。測試結(jié)果如表4-6所示:</p><p>　　表4-6 1-3GHz頻段的不同種類多壁碳納米管在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的情況下吸波性能：<

108、/p><p>　　注：A代表無改性多壁碳納米管，B代表羥基改性多壁碳納米管，C代表羧基改性多壁碳納米管，D鍍Ni多壁碳納米管；</p><p>　　1代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.56%多壁碳納米管質(zhì)量，2代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.84%多壁碳納米管質(zhì)量</p><p>　　根據(jù)表4-6我們發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料膜具有電磁波屏蔽性能，不同種類的多壁碳納米管隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，屏