碳纳米管及其与纳米ATO导电粉混合材料的电磁屏蔽性能分析

摘要

碳纳米管自被人类发现以来，由于其独特的力、热、光、电、磁性能被广泛研究和应用。本实验主要研究的是多壁碳纳米在电磁屏蔽方面的应用。在电磁屏蔽的应用方面，研究了由几种经过不同改性的多壁碳纳米管制备的多壁碳纳米管/聚乙烯醇单一组分复合材料的电磁屏蔽性能，随后又制备了由经过不同改性的多壁碳纳米管以及纳米ATO导电粉多组分混合而成的多壁碳纳米管/纳米ATO导电粉/聚乙烯醇多组分复合材料的电磁屏蔽性能并对其进行了研究。
　　 首先，通过多种方式对多壁碳纳米管中存在的不同杂质分别进行了纯化处理，并对纯化后的碳纳米管进行了分散性能研究。在纯化方面，主要表现为通过高温氧化处理除去杂质中的无定形碳及碳纳米颗粒;通过混酸处理的方式除去金属催化剂粒子;通过高速离心的方法除去粒径较大的石墨碎片等。在分散方面，采取超声处理和分散剂相结合，在对其进行物理分散的同时增加多壁碳纳米管的表面负电量和多壁碳纳米管间的静电斥力，提高分散的稳定性。实验确定了超声处理的时间、分散剂的种类及其最佳用量。
　　 其次，研究了以多壁碳纳米管为屏蔽剂，以聚乙烯醇为基体的复合材料制备过程中的工艺参数以及复合材料的电磁屏蔽性能。通过力学拉伸、偏光显微镜观察以及电磁屏蔽效能测试对其性能进行了评价。分析表明多壁碳纳米管的添加对聚乙烯醇基体有增强作用;多壁碳纳米管对电磁波有屏蔽作用，且随着添加量的增加其屏蔽效能SE越大。由于镀Ni-多壁碳纳米管的的电损耗和磁损耗机制，使其电磁屏蔽效能高于其他种类的多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料。
　　 最后，研究制备了多壁碳纳米管/纳米ATO导电粉/聚乙烯醇多组分电磁屏蔽复合材料。实验表明，与单一组分的复合材料相比，多组分复合材料具有更高的电磁屏蔽效能。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 电磁屏蔽材料研究现状

1．2．1 电磁屏蔽技术

1．2．2 电磁屏蔽材料简介

1．3 电磁屏蔽材料的屏蔽原理、表征及理论计算

1．3．1 电磁屏蔽材料的屏蔽原理

1．3．2 电磁屏蔽材料的表征及理论计算

1．4 碳纳米管的结构与性能

1．4．1 碳纳米管的结构

1．4．2 碳纳米管的性能

1．5 纳米ATO导电粉的性质与导电机理

1．5．1 纳米ATO导电粉的性质

1．5．2 纳米ATO导电粉的导电机理

1．6 课题研究内容及意义

第二章 多壁碳纳米管的纯化及其分散方法

2．1 碳纳米管的纯化方法

2．1．1 碳纳米管的物理纯化法

2．1．2 碳纳米管的化学纯化法

2．2 碳纳米管的分散方法

2．2．1 机械分散法

2．2．2 表面活性剂法

2．2．3 表面化学修饰法

2．3 实验中多壁碳纳米管的纯化及其分散方法

2．3．1 引言

2．3．2 实验药品及仪器

2．3．3 实验部分

2．3．4 实验结果的测试与表征

2．3．5 实验结果的分析与讨论

2．4 实验结论

第三章 多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料的电磁屏蔽性能研究

3．1 引言

3．2 实验药品及仪器

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．3 多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料的制备

3．3．1 复合材料的制备方法

3．3．2 复合材料的各组分组成

3．4．不同种类的多壁碳纳米管的形貌及物相组成分析

3．4．1 几种多壁碳纳米管的SEM分析

3．4．2 MWCNTs和Ni-MWCNTs的XRD分析

3．4．3 OH-MWCNTs和COOH-MWCNTs的红外光谱分析

3．5 复合材料的性能表征

3．5．1 复合材料的膜厚度

3．5．2 复合材料的力学性能

3．5．3 复合材料的导电性能

3．5．4 复合材料中多壁碳纳米管的分散性

3．5．5 复合材料的电磁屏蔽性能

3．6 结果与讨论

3．6．1 多壁碳纳米管在聚乙烯醇基体中的的分散性能分析

3．6．2 多壁碳纳米管种类及含量对复合材料力学性能的影响

3．6．3 多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料的电磁屏蔽性能分析

3．7 实验结论

第四章 多壁碳纳米管/纳米ATO导电粉/聚乙烯醇复合材料的电磁屏蔽性能研究

4．1 引言

4．2 实验药品及仪器

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．3 多壁碳纳米管/纳米ATO导电粉/聚乙烯醇复合材料的制备

4．3．1 复合材料的制备方法

4．3．2 复合材料的各组分组成

4．4 复合材料的性能表征

4．4．1 复合材料的膜厚度

4．4．2 复合材料的力学性能

4．4．3 复合材料的导电性能

4．4．4 多壁碳纳米管在聚乙烯醇中的分散性

4．4．5 复合材料的电磁屏蔽性能

4．5 结果与讨论

4．5．1 多壁碳纳米管及ATO纳米导电粉在聚乙烯醇基体中的分散性能分析

4．5．2 不同比例的多壁碳纳米管及ATO导电粉对复合材料力学性能的影响

4．5．3 多壁碳纳米管/纳米ATO导电粉/聚乙烯醇复合材料的电磁屏蔽性能分析

4．6 实验结论

第五章 结论

参考文献

作者在读期间的研究成果

致谢