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东南大学葛丽芹Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Aspects:静电纺丝制备轻质PAN基碳纳米纤维及其微波吸收性能研究

学术动态    2023-01-05 10:02

DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129670

 

本研究结合静电纺丝和高温碳化工艺制备了一维PAN基碳纳米纤维。制备的PAN基纳米纤维具有高纵横比的特点。通过控制碳化温度来调节其微波吸收性能。碳化温度影响石墨化程度,石墨化程度直接影响介电损耗,并进一步提高了PAN基碳纳米纤维的微波吸收性能。经800℃碳化后,PAN基碳纤维的最大反射损耗(RLmin)和有效吸收带宽(EAB)均得以优化。含有10wt%填料的PAN基碳纤维/石蜡复合材料表现出优异的吸收性能,在2.2mm下的最大反射损耗为-12.75dB,有效吸收带宽为4.88GHz(13.12-18GHz),基本覆盖了Ku频段(12.88-17.88GHz)。当吸收体厚度为2.4mm时,14.4GHz下的反射损耗为-11.39dB,最大有效吸收带宽为5.04GHz(11.92-16.96GHz)。由于介电损耗和良好的阻抗匹配,PAN基碳纳米纤维表现出优异的吸收性能。

 

图1.PAN基碳纤维的制备示意图。

 

图2.(a)原始PAN纳米纤维、(b)800℃碳化的预氧化PAN纳米纤维和(c)1200℃碳化的预氧化PAN纳米纤维的SEM照片。

 

图3.不同温度碳化的PAN基碳纳米纤维的(a)XRD光谱和(b)拉曼光谱。

 

图4.不同碳化温度下PAN基碳纤维的电磁参数:(a)ε′、(b)ε′′、(c)μ′、(d)μ′′、(e)tanδE和(f)tanδM。

 

图5.(a)800℃、(b)900℃、(c)1000℃、(d)1100℃和(e)1200℃碳化的不同厚度PAN基碳纳米纤维RL的频率依赖性。(f)2.00mm厚的纳米纤维在不同碳化温度下的RL曲线。

 

图6.800℃碳化后PAN基碳纳米纤维的EAB。

 

图7.经不同温度碳化的PAN基碳纳米纤维的阻抗匹配-频率曲线:(a)800℃,(b)900℃,(c)1000℃,(d)1100℃,(e)1200℃,以及(f)衰减常数α。

 

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