CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的制备及其电学性能研究

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碳纳米管(CNTs)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微发泡纳米复合材料是一种新型的功能泡沫材料,这种材料具有良好的电磁波吸收性能,在静电保护、防雷宇航腔、电磁屏蔽外壳等电子科学领域中都有广泛的应用前景。本文采用超临界流体发泡技术制备了泡孔直径小且分布均匀的CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料,详细的研究了微发泡纳米复合材料的泡孔结构,并研究了微发泡纳米复合材料的电学性能及电磁波吸收性能。CNTs的引入可以明显降低CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的泡孔直径以及提高其泡孔密度。CNTs含量对CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的泡孔结构没有明显影响。当CNTs含量为1-2.5wt.%时,微发泡纳米复合材料的泡孔直径为3.9~4.8μm,泡孔密度为5.83×1010~6.71×1010cells/cm3。CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的泡孔直径随着CNTs长径比的增大先增加后减小。CNTs长径比为50~5000时,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的泡孔直径为3.6-6.1μm,泡孔密度为6.71×1010~8.62×1010cells/cm3。且在CNTs长径比为500时泡孔直径最小,泡孔密度最高。当发泡温度为50~95℃时,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的泡孔直径为2.2~7.31μm,泡孔密度为1.05×1010~3.29×1011cells/cm3。CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的电导率与纳米复合材料相比,在低频段会有显著降低,在高频段能够维持纳米复合材料的电导率。其电导率随着CNTs含量的增加而增大;随CNTs长径比的增大先升高后降低。随着发泡温度的升高,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的电导率先升高后降低。当CNTs含量为2.5wt.%、长径比为50时,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的电导率在1GHz频率时可以达到0.46S/m。由于存在大量微泡孔,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的介电常数与纳米复合材料相比显著降低,降低幅度可达到82~96%。随着CNTs含量的增加,其介电常数增大;随CNTs长径比的增加,其介电常数先增大后减小。当CNTs长径比为50、含量低于2.5wt.%时,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料的介电常数在1GHz频率时为1.32-2.7。CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料在高频下的电磁波吸收效能主要受到电导率和介电常数影响,当电导率为0.04S/m~1S/m、介电常数为1-8时,其吸收效率超过50%。本研究中,当CNTs含量在1.5~2wt.%时,CNTs/PMMA微发泡纳米复合材料满足电磁波吸收材料的电学性能的要求,其电磁波吸收效率达到79%,说明在高频电磁波吸收领域,该微发泡材料具有较好的应用前景。
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