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1、 . . . 工业大学毕业论文多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料的电磁屏蔽性能研究 姓 名 袁晓忠 学 院 材料科学与工程 专 业 材料科学与工程 指导教师 齐鲁 职 称 教授 2012 年 6 月 13 日摘 要本文通过对聚乙烯醇，多壁碳纳米管各种性质的了解，制定出了一系列实验。旨在做出一种复合材料具有电磁屏蔽性能，碳纳米管具有极高的强度和优异的导电性能，是聚合物基复合材料的理想填料，碳纳米管添加到聚乙烯醇中不但可提高聚合物的强度，而且可有效提高其导电性能 。综上所诉我们设计并实验了碳纳米管/PVA复合材料电磁屏蔽性能研究的课题，以便于了解其是否具有广泛的应用前景。我们将多壁碳纳米管加入到聚乙烯
2、醇中制成复合材料，进而在研究它的电磁屏蔽效能。本文从聚乙烯醇成膜出发，然后根据电磁屏蔽材料的电磁波屏蔽的机理，吸收剂我们选取的是多壁碳纳米管，基体为聚乙烯醇，对多壁碳纳米管PVA吸波复合材料进行制备，在系统的研究其电磁屏蔽效能。 关键词：多壁碳纳米管；聚乙烯醇；成膜；电磁屏蔽材料ABSTRACTIn this paper, the understanding of the nature of the PVA, a variety of multi-walled carbon nanotubes to developed series of experiments.Designed to mak
3、e a composite material with electromagnetic shielding properties, carbon nanotubes have high strength and excellent electrical properties, is the ideal filler for polymer matrix compositescarbon nanotubes added to the polyvinyl alcohol will not only enhance the aggregation the strength of the materi
4、al, and can effectively improve its conductivity. Summing up the appeal design and experiment of Carbon Nanotube / PVAcomposite absorbing properties of the subject in order to understand whether it has broad application prospects. Multi-walled carbon nanotubes made of composite materialsalcohol, and
5、 then in the study of electromagneticshielding effectiveness.This article from the polyvinyl alcohol film starting, then according to the electromagnetic wave absorbing materials the mechanism of absorption, absorbent we selected is multi walled carbon nanotubes, matrix of polyvinyl alcohol, on mult
6、iwallcarbonnanotubes/PVA wave absorbing composite material preparation, in the system of the electromagnetic wave absorption properties of.Key words: multi-wall carbon nanotube；polyvinyl alcohol；film-forming；Electromagnetic shielding materials目 录第一章前言11.1引言11.1.1电磁干扰与电磁泄漏11.1.2电磁辐射对人体的损伤11.2.主要电磁屏蔽材
7、料的种类21.2.1手性电磁屏蔽材料21.2.2纳米电磁屏蔽材料31.2.3导电高分子电磁屏蔽材料41.2.4 视黄基席夫碱盐电磁屏蔽涂料51.2.5多晶铁纤维吸收剂61.2.6等离子体电磁屏蔽材料61.3 课题的研究容、意义与目标61.3.1 研究容61.3.2研究意义61.3.3研究目标7第二章 理论部分92.1碳纳米管的物理性能92.1.1碳纳米管的力学性能92.1.2碳纳米管的电学输运性质92.1.3碳纳米管的热学性质92.2碳纳米管的屏蔽原理102.3碳纳米管的分散原理102.4聚乙烯醇的结晶度对其性能的影响112.5聚乙烯醇的成膜原理112.6屏蔽效能的测试原理与方法122.6.1
8、屏蔽效能的测试原理122.6.2屏蔽效能测试方法122.6.2.1近场法122.6.2.2远场法122.6.2.3屏蔽室法13第三章实验部分153.1实验药品153.2实验仪器153.3实验容163.3.1聚乙烯醇制备时水浴温度的测定163.3.2聚乙烯醇溶液粘度的测定163.3.3聚乙烯醇成膜断裂伸长率的测定163.3.4超声对碳纳米管分散性能影响的测定163.3.5表面活性剂浓度对碳纳米管分散影响的测定163.3.6多壁碳纳米管/聚乙烯醇膜的制备173.3.7多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜的导电性能测试173.3.8不同含量的多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜断裂伸长率与断裂强力测试173
9、.3.9多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜的电磁屏蔽效应的测试方法17第四章 结果与讨论194.1聚乙烯醇水浴制备温度的选择194.2聚乙烯醇粘度与断裂伸长率的数据分析194.3超声时间对碳纳米管分散的影响214.4表面活性剂浓度对碳纳米管分散影响224.5多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜的导电性能244.6不同质量分数的多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜的力学分析254.7不同含量的多种多壁碳纳米管/PVA复合材料的偏光图264.8多壁碳纳米管/聚乙烯醇的电磁屏蔽效应的数据分析29结论31参考文献33附录35致55 / 第一章 前言1.1引言1.1.1电磁干扰与电磁泄漏随着人类科学技术与信息技术
10、的飞速发展，电磁波在日常生活、科研、生产以与国防领域应用的越来越多。电磁波给人类生活带来前所未有的改变，移动通讯技术、微波加热技术使我们的生活更方便，X光，CT等医疗技术使得人类的健康得到医疗保障，雷达系统在国防领域的广泛应用更使军力大幅提升。同时，电磁波的电磁干扰也对人体健康和精密设备仪器的正常运转带来了麻烦。电磁波要形成电磁干扰，必须具备三大要素:干扰源、有传播干扰能量的途径或通道、必须有干扰对象的响应1。干扰源是能够发射电磁波的一类物体，干扰源的存在是电磁干扰的前提；干扰能量的传输途径是电磁千扰形成的必要条件；而干扰对象的响应是电磁干扰存在的形式，只有干扰对象在电磁波的作用下产生了相应的
11、响应，才算产生了电磁干扰。切断电磁干扰的传输路径是电磁干扰防护的主要手段，电磁干扰传播途径含传导传播和辐射传播两种，相对应的干扰方式(耦合)也就分为传导藕合与辐射耦合。要形成传导藕合，必须在干扰源与受千扰对象之间有完整的电路连接，使干扰信号沿该电路传输到受干扰体形成干扰。传导耦合根据基本原理的不同分为：电感耦合、电容性耦合和电阻性耦合。电感耦合由电路间互感现象所致，电容性藕合由电路间的分布电容产生，而电阻性藕合则是通过干扰源与接收体之间的导线直接藕合，电感和电容藕合又称近场辐射。辐射藕合，是电场和磁场相结合的藕合，并通过辐射能量的方式对电路产生干扰，又称远场辐射，分为天线对天线的耦合、电磁场对
12、导线的藕合与导线对导线的祸合。电磁泄漏主要指国防或商业领域信息系统设备工作时经过地线、信号线、电源线谐波等辐射产生泄漏，泄露的电磁信号被接收提取即可恢复原来的信号，造成军事或者商业上的泄漏。美国军方在20世纪50年代就开展了针对电磁泄漏的一项名为的电磁信息泄漏防护与侦收技术(TEMPEST)的研究工作。1985年，荷兰科学家WOVANECK利用改装的黑白电视机在伦敦首次再现了计算机屏幕视频信息，将电磁泄漏真实展现到世人面前。我国电子科技大学、中科院光机所、邮电大学研究人员均成功再现了电磁泄漏带出的有用信息2。电磁泄漏的防护主要采用屏蔽、滤波、隔离和接地等技术来实现。然而，在现代战争中，我们需要
13、面对的是立体的监测，例如红外、雷达波、声波的复合型监测手段，所以研究复合型电磁屏蔽材料是当今社会研究的重中之重3-5。1.1.2电磁辐射对人体的损伤1989年，前联著名国际象棋冠军尼古拉古德科夫与超级电脑对弈6天后被电磁波辐射直接碎死。从此电磁辐射对人体的损伤进入了人们的视野，其后许多年间，各国科研工作者做了各种相应的调查和报导。美国科罗拉多州大学研究人员表明儿童白血病死亡率在电磁污染较严重地区是其他地区两倍以上;瑞典学者研究发现生活在电磁污染严重地区的儿童更容易患神经系统肿瘤6，美国研究人员发现高压线附近工作的工人，癌细胞生长速度是一般人的24倍;移动辐射可使人体舒压增加1020mm汞柱7。
14、关于电磁辐射对人体或者生物造成的损害的报导越来越多，目前电磁辐射污染已经成为一个全球性问题。电磁波波谱很宽，根据其对生物作用的不同主要分为电离辐射和非电离辐射8，电离辐射是电磁波量子能量大于12ev时，电磁波会使人体的分子产生电离，对人体产生严重损坏。当电磁波量子能量小于12ev时主要形成非电离辐射，将通过致热效应、非致热效应和累积效应对人体产生损伤。热效应主要是指在高频电磁场作用下，人体极性分子极化频繁产生重排，在此过程中将产生大量的摩擦热，当频率很高时，热量来不与散失，使得机体局部温升，出现热效应，电磁场频率越高，热效应越显著，电磁场的致热效应按电磁场场力的平方增加9。热效应通常使人体产生
15、不适，人眼睛的晶状体最容易受到热效应危害而产生眼睛发干、发涩，严重时出现白障，同时致热效应还会导致白细胞减少，神经衰弱等症状的出现。非致热效应主要指低频电磁波的作用下，细胞膜产生共振，使膜电位产生改变影响细胞活动，非致热效应随着电磁场场力线性增加10。长期非致热效应作用导致心率不齐、血压不稳、失眠、健忘、注意力下降等。累积效应是在各频段电磁波都会出现的作用机制，热效应和非热效应作用于人体后，人体所受伤害未自我修复前，再次受到电磁波辐射，其伤害程度会累积，长久如此会发生永久性病变。累积效应常常导致脑肿瘤、胎儿畸形、乳腺癌、神经系统肿癌、急性淋巴性白血病、掉发、脱发等重症。1.2.主要电磁屏蔽材料的种类1.2.1手性电磁屏蔽材料手性电磁屏蔽材料的定义是一种物质与其镜像不存在对称性，且不能通过任何操作使其与镜像重合。手性材
