承载宽禁带半导体的功能化碳纳米管制备及高温电磁特性研究

承载宽禁带半导体的功能化碳纳米管，是指硫化镉、硫化锌、氧化锌等典型宽禁带半导体在碳纳米管表面沉积而形成的碳纳米管-宽禁带半导体CNTs-Semicon异质结构。通过本项研究，将发展均匀生长厚度可控的 CNTs-Semicon异质结构的制备方法，揭示其生长机理；研究高温下异质结构及其复合材料的微波介电、电导率、反射/吸收等温频特性，揭示其高温电磁响应机制、电磁特性及温频规律。预计通过本项研究，将在CNTs-Semicon异质结构均匀生长、功能层厚度可控制备等方面取得突破，将赋予碳纳米管以新物理特性和功能，促进新概念高性能吸波材料研究与发展。同时，本项研究还有利于形成跨学科的新学术思想和新学术观点，促进凝聚态物理、电介质物理、计算电磁学、材料科学等多学科交叉，支撑高温吸波隐身技术、电磁屏蔽与防护技术、电磁兼容技术、信息安全技术等领域科学发展和技术创新。

研究了MWCNTs/SiO2的高温介电性能。在温度范围为373-773 K，频段为8.2-12.4 GHz，MWCNTs/SiO2的介电性能呈现出强温度依赖性，高温微波吸收性能增强。基于实验数据，作出Cole-Cole图，拟合出不同温度下介电性能虚部，确认773 K以下电导率对数随温度倒数呈线性变化，电导损耗对介电损耗起主导作用。建立了MWCNTs电子传输模型和导电网络等效电路，阐述了温度和填充浓度等对复合材料电导、介电以及微波衰减的影响。制备了短切MWCNT和MWCNT/Al2O3复合材料。相比于原MWCNT/Al2O3，短切MWCNT/Al2O3的电导率的渗流阈值得到提高。这主要是因为短切MWCNT的团聚度减小与导电网络发生变化。.完成了ZnO-MWCNT异质结构复合材料的室温介电性能及其微波衰减的研究。研究了ZnO-MWCNT/SiO2复合材料高温介电性能及其微波吸收。研究发现， ZnO-MWCNT异质结构具有较高的损耗和优秀的微波吸收性能。ZnO-MWCNT异质结构填充量分别为5、10和15 wt.%时，ZnO-MWCNT/SiO2复合材料的介电常数实部和虚部随着温度的上升而增大，电导损耗对介电损耗起主要贡献，其损耗角随温度的变化基本保持不变，说明ZnO-MWCNT/SiO2的高温介电性能和微波吸收相对稳定。ZnO-MWCNT的石蜡基复合材料的RL最小值达到约-40dB，RL < -10 dB的频率带宽达到7 GHz。.PANI-MWCNT、Fe3O4-MWCNT、PANI-Fe3O4-MWCNT的石蜡基复合材料的RL最小值分别达到-80 dB、-75 dB和-16 dB，这说明其是一类非常优秀的宽带微波吸收材料。其物理本质在于PANI和Fe3O4相引入了界面，反映在复介电常数和磁导率上发生共振，增强了介电损耗和磁损耗，从而导致复合材料微波吸收性能增强和有效吸收带加宽。PANI的引入会降低MWCNT导电网络的导电性，从而减小了损耗。但PANI可以有效抑制Fe3O4氧化，并增强Fe3O4-MWCNT的结构稳定性。.制备了CdS-MWCNT异质结构，发现改变工艺条件，可以控制CdS在MWCNT表面的沉积量。研究了CdS-MWCNT石蜡基复合材料的微波介电性能，CdS-MWCNT填充量为14%时，其介电损耗可以达到0.8，属于高损耗复合材料。