我国超薄碳纳米管吸波材料技术进展

在军事领域，吸波材料用于隐身技术是各军事强国关注的热点问题之一。厚度薄、质量轻、吸收强、频段宽、性能高的电磁波吸收材料的研究和开发无论在民用电磁环境亦或军事隐身材料领域都具有重大意义。石墨烯不仅具有电导率和热导率高、比表面积大、质量轻等特点，且能化石墨烯由于片层表面的残留缺陷及官能团，能够引入缺陷极化及电子极化弛豫，因此表现出优异的微波吸收性能。近年来，我国机构积极开发高隐身性能的吸波材料以弥补与军事强国的差距，其中超薄高隐身性能的碳纳米管材料受到关注，在厚度方面，我国多家研究机构近年来以成功制备1mm厚度的超薄碳纳米管吸波材料，并进行了相关的吸波性能研究。

北京科技大学曹文斌课题组开发的SiC/CF同轴材料表现出优异的吸波性能，在吸波层厚度为1.1mm，样品填充质量分数为35wt%时，其最小反射损耗为-31.6dB下16.6GHz，有效吸收带宽可达4.5GHz（13-17.5GHz）。中国科学技术大学钱波课题组制备的取向结构石墨烯基材料，其1mm厚度具有取向结构的rGO气凝胶在X波段（8.2GHz-12.4GHz）的电磁屏蔽总能效达到27dB。南京邮电大学谢国治课题组研制的Fe基磁性金属及其石墨烯复合吸波材料，通过添加偶联剂改善系统性能，在GO/FeCoV复合吸波材料的四个样品中，添加偶联剂球磨1h的复合样品具有最佳吸波性能，在匹配厚度为1mm时，其反射损耗值达到-8.7dB，反射损耗小于-5dB的带宽达到3.9GHz（4.1-8.0GHz），在rGO/FeCoV复合吸波材料的四个样品中，未添加偶联剂球磨2h样品的反射损耗峰值达到了-10.5dB（匹配厚度为1mm），反射损耗值小于-5dB的带宽达到了8.5GHz（5.8-14.3GHz）。哈尔滨工业大学冷劲松课题组进行了碳纳米管膜/磁性金属纳米线吸波材料的制备，其制备的1mm吸波厚度条件下为例，碳纳米管膜/硅橡胶复合材料的最大反射损耗值可达-26.55dB，有效吸收频带宽度为3.57GHz。长安大学周亮课题组进行了热压烧结FeSiAl/碳系吸收剂/Al₂O₃复合材料的制备，其研究表明复合材料的吸波性能随样品的厚度以及匹配频率的变化而变化，当FeSiAl含量为5wt.%、粒径为25-48μm，且厚度为1.1mm时，复合材料的吸波性能最佳，在匹配频率为11.7GHz处，反射率最小值为-34.4dB，其中，小于-10dB的有效频带宽度达到1.4GHz（11.0-12.4GHz）。郑州大学张晓黎课题组制备了聚偏氟乙烯基纳米复合材料，当薄膜厚度分别从0.5mm增加到1.1mm时，PVDF/Fe₃0₄/8CNTs复合材料的总屏蔽效能分别从14.1dB增加到32.7dB，PVDF/Fe₃0₄/8GNPs复合材料的总屏蔽效能分别从16.2dB增加到35.6dB。广西大学苏初旺及袁全平课题组制备了锰锌铁氧体插层膨胀石墨电磁屏蔽胶合板，其制备的胶合板单层厚度为1mm、层数为3层，密度为1g/cm³时，复合板SE在200-1500MHz范围内均超过54dB；反射率在2-18GHz频率范围内峰值为-6.19dB，小于-5dB的范围为9-13GHz。

表 我国1mm超薄碳纳米管吸波材料研究机构及性能

总体来看，近年来我国在厚度达到1mm的超薄碳纳米管吸波材料研发方面取得了一定成果，其中高校为主要研发机构，在性能方面，北京科技大学、哈尔滨工业大学分别研制了SiC/CF同轴材料及碳纳米管膜/磁性金属纳米线，两家机构所研制的材料在-25dB以下吸收表现较为优异，分别在-31.6dB、-26.55dB的有效吸收带宽达4.5GHz及3.57GHz，北京科技大学优于哈尔滨工业大学；而在8-12GHz区间，中国科学技术大学及广西大学进行了吸波性能的测试，其中中国科学技术大学的取向结构石墨烯基材料吸波性能表现优异，达到-27dB。

参考文献：

1. 黑龙江省科学院技术物理研究所.高能辐射制备石墨烯基复合吸波材料的研究.科技成果库.2017

2. 肖婷.多尺度碳/碳化硅复合材料的制备及吸波性能研究[D].北京科技大学,2021.北京

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4. 李俊.Fe基磁性金属及其石墨烯复合吸波材料研究[D].南京邮电大学.2019.江苏

5. 沈俊尧.碳纳米管膜/磁性金属纳米线吸波材料制备与研究[D].哈尔滨工业大学.2019.黑龙江

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7. 程浩然.聚偏氟乙烯基纳米复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究[D].郑州大学.2019.河南

8. 夏俊伟.锰锌铁氧体插层膨胀石墨电磁屏蔽胶合板的研究[D].广西大学.2016.广西