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1.碳納米管在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用研究

碳納米管與其它金屬顆粒或石墨顆粒相比，較少的添加量就能形成導(dǎo)電網(wǎng)鏈；其密度比金屬顆粒小得多，不

易因重力的作用而聚沉；其與有機(jī)物的相容性優(yōu)于金屬顆粒。同時，碳納米管具有很好的導(dǎo)電性且擁有較大

的長徑比，因而很適合做導(dǎo)電填料。

國內(nèi)外學(xué)者對碳納米管的導(dǎo)電特性進(jìn)行了大量研究，其中Ebbesen和Tombler等人對單根碳納米管的研究表明

：由于結(jié)構(gòu)差異，碳納米管可能是導(dǎo)體，也可能是半導(dǎo)體。Saito等人通過理論分析認(rèn)為，根據(jù)碳納米管的

直徑和螺旋角度，大約有1/3是金屬導(dǎo)電性的，而2/3是半導(dǎo)體性的。Dai等人指出：完美碳納米管的電阻要

比有缺陷的碳納米管的電阻小一個數(shù)量級或更多。Ugarte等人發(fā)現(xiàn)：碳納米管的徑向電阻大于軸向電阻，并

且這種電阻的各向異性隨著溫度的降低而增大。Huang等人通過計算認(rèn)為：溫度在1.5×10-4K時，直徑為

0.7nm的碳納米管具有超導(dǎo)性，預(yù)示著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域里的應(yīng)用前景。

目前，碳納米管在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用研究主要是通過改變碳納米管的結(jié)構(gòu)及含量，改進(jìn)碳納米管在導(dǎo)電涂料

中的分散以及對碳納米管進(jìn)行表面處理來平衡導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電性和其他各項性能。中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)

研究所對碳納米管在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)：碳納米管作為導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電介質(zhì)時

，其管徑越小，所制得的導(dǎo)電涂料導(dǎo)電性越好。碳納米管作為導(dǎo)電介質(zhì)，其最佳長徑比約為250。當(dāng)碳納米

管長徑比大于250時，所得涂料的導(dǎo)電性隨長徑比的增大而減小；當(dāng)碳納米管長徑比小于250時，所得涂料的

導(dǎo)電性隨長徑比的增大而增大。當(dāng)碳納米管含量為0.5%~8.0%時，涂料處于抗靜電區(qū)域；碳納米管含量大于

8.0％時，涂料處于導(dǎo)電區(qū)域。

范凌云等人制備了一系列丙烯酸酯/碳納米管導(dǎo)電涂料，考察了涂料相應(yīng)的電性能、硬度、附著力、柔韌性

等。結(jié)果表明：碳納米管的含量對涂料的電性能有很大影響。在一定范圍內(nèi)，其含量越高，涂料的導(dǎo)電性能

越好，但在含量超過25%以后，碳納米管/丙烯酸酯涂料的導(dǎo)電性能幾乎不再變化。沈陽金納新材料有限公司

發(fā)明了一種導(dǎo)電、電磁屏蔽涂料，其特征在于：該涂料為含有一維納米碳材料（包括納米碳管和納米碳纖維

）和粘接劑的組合物，涂覆于制品表面可以制備具有導(dǎo)電、電磁屏蔽功能的涂層。

據(jù)介紹，臺灣的技術(shù)人員以涂銀碳納米管、涂鎳碳納米管及碳納米管作為導(dǎo)電填料，比較了幾種填料制備的

電磁屏蔽涂料的屏蔽性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明：使用碳納米管可以大大降低填料使用量，在碳納米管表面

涂上一層薄金屬膜可以大大提高碳納米管的導(dǎo)電性，使之滿足電磁屏蔽材料的要求。

在碳納米管水性導(dǎo)電涂料方面，同濟(jì)大學(xué)研發(fā)了含碳納米管水性聚氨酯導(dǎo)電涂料，該導(dǎo)電涂料的涂膜體積電

阻率為1×10-5~4×10-4Ω/cm，表面電阻率為1×10-1~2×102Ω，附著力0級，屏蔽效能為70~85dB。

在碳納米管抗靜電涂料方面，馮輝昌等人研制了儲油罐碳納米管導(dǎo)靜電防腐涂料，該研究以碳納米管和云母

粉復(fù)合作為導(dǎo)靜電涂料的導(dǎo)電體，在提高涂膜導(dǎo)靜電性能的同時解決了以往導(dǎo)靜電涂料抗靜電性能與耐油耐

熱防腐性能難以兼顧的技術(shù)難題。

余穎等人采用熱壓和噴涂兩種方法在聚丙烯和聚苯乙烯兩種塑料表面涂覆了碳納米管，研究了這兩種方法對

碳納米管覆膜塑料表面所達(dá)到的抗靜電性的影響。兩種方法制成的抗靜電覆膜都能大大降低塑料的表面電阻

，但噴涂法更能使碳納米管在塑料表面均勻分散，從而使塑料表面抗靜電性能更加穩(wěn)定。

    2.碳納米管在隱身吸波涂料中的應(yīng)用研究

    隱身吸波涂料作為涂覆型吸波材料中的重要一員，主要由粘結(jié)劑和吸收劑組成。粘結(jié)劑是使涂層牢固粘

附于被涂物表面形成連續(xù)膜的主要物質(zhì)，主要有氯磺化聚乙烯、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等；吸收劑主要有：導(dǎo)電

炭黑、羰基鐵吸收劑、鐵氧體吸收劑、金屬及氧化物超細(xì)粉末、多晶鐵纖維、納米吸收劑、導(dǎo)電高分子、等

離子體、視黃基席夫堿鹽、手征性吸收劑等。具有特定電磁參數(shù)吸收劑是吸波涂料的關(guān)鍵，它決定了吸波涂

料的吸波性能。

碳納米管由于其特有的螺旋、管狀結(jié)構(gòu)，高的損耗止切角及獨(dú)特的AB效應(yīng)等，呈現(xiàn)出更好的高頻寬帶吸收特

性，在2~18GHz范圍內(nèi)有更小的介電損耗。并且由于其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，

將其作為吸波劑添加到高聚物中，制備出兼具吸波性能和優(yōu)越力學(xué)性能的隱身吸波涂料，將是隱身吸波涂料

研制的重要方向之一。

當(dāng)前，波音公司正在嘗試用碳納米管作為隱形飛機(jī)的新型隱身涂層（環(huán)氧樹脂/碳納米管）的吸波劑。曹茂

盛，高正娟等人利用碳納米管的螺旋結(jié)構(gòu)和手征性質(zhì)，制備的碳納米管/聚酯復(fù)合涂層在8~40GHz頻段具有良

好的吸波性能。孫曉剛等人將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳納米管和環(huán)氧樹脂充分混合，制成復(fù)合吸波涂料。使用反射

率掃頻測量系統(tǒng)HP8757E標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測復(fù)合材料的吸波性能。結(jié)果表明：復(fù)合材料在2~18GHz頻段均有

良好的吸波性能。

碳納米管具有優(yōu)良的電性能且基本沒有磁性，單獨(dú)采用碳納米管作為吸波劑不能利用磁損耗機(jī)制來消耗更多

的電磁波能量。目前主要通過化學(xué)表面修飾或者表面包覆方法使碳納米管可以同時實(shí)現(xiàn)通過磁損耗與電損耗

兩種機(jī)制來損耗電磁波能量。其中，北京化工大學(xué)沈曾民、浙江大學(xué)陳小華、中科院金屬研究所杜金紅開展

了碳納米管表面化學(xué)鍍鎳技術(shù)的研究。他們通過加強(qiáng)碳納米管表面的氧化、敏化和活化處理，調(diào)整傳統(tǒng)的化

學(xué)鍍鎳溶液配方和反應(yīng)條件，使反應(yīng)在盡可能低的速率下進(jìn)行，在碳納米管表面實(shí)現(xiàn)了金屬鎳的鍍覆。將鍍

鎳納米管與環(huán)氧樹脂混合物制成的吸波涂層，在2~18GHz范圍內(nèi)測試其吸波性能，鍍鎳碳納米管最大反射衰

減達(dá)12dB，雖然吸收峰比碳納米管小，但吸收峰有寬化的趨勢，這對吸波性能是有利的。畢紅等人制備了表

面鍍鈷的多壁碳納米管，并將其均勻分散在環(huán)氧樹脂基體中固化成膜形成鍍鈷碳納米管/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材

料。該復(fù)合材料在0.5~40GHz頻段內(nèi)的吸收峰往高頻方向移動，吸收強(qiáng)度略有增加。孫曉剛等人以碳納米管

為雷達(dá)吸波劑進(jìn)行稀土摻雜，并與環(huán)氧樹脂充分混和制成復(fù)合吸波材料，用適量稀土氧化物改性后，碳納米

管的吸波性能大幅提高。清華大學(xué)研制了一種含碳納米管復(fù)合涂層型吸波材料，該涂層可以改變材料的介電

參數(shù)和電磁參數(shù)，從而有效地調(diào)整材料吸波峰值的頻率區(qū)間。