隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，電子設(shè)備在人們生活中的使用也日趨廣泛，甚至成為生活中必不可少的一部分，如手機(jī)、平板、電腦等。然而，伴隨電子設(shè)備而來(lái)的電磁輻射污染，如附骨之疽一樣纏繞著人們，不僅危害著人們健康，而且影響電子設(shè)備的正常使用。正是由于電磁輻射污染的危害性，ＷＨＯ（世界衛(wèi)生組織）把其定義為世界主要污染之一。和平與發(fā)展是當(dāng)今世界的主旋律，但和平離不開(kāi)武力的保證。其中，武器發(fā)展是提高武力的重要渠道，而武器發(fā)展中電磁輻射探測(cè)和反探測(cè)是重中之重。因此，吸波材料（Electromagnetic  wave  absorbing  materials,EAM）已經(jīng)成為重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一，吸波材料是指能夠吸收、衰減入射的電磁波，并將入射的電磁能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量（主要是熱能）而消耗掉，或使電磁波因干涉而相消的一種功能材料。


    由于現(xiàn)實(shí)中電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，這就要求吸波材料具有更高的“薄、輕、寬、強(qiáng)”性能。然而，傳統(tǒng)的吸波材料在厚度、密度、吸收頻帶、吸收性能方面的現(xiàn)狀不能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)需要。這就要求研究者尋找新的優(yōu)秀的吸波材料，納米吸波材料具有材料輕薄、吸收性能強(qiáng)、頻帶兼容性?xún)?yōu)秀、性能相對(duì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在新型吸波材料中脫穎而出。自1991年日本的電鏡專(zhuān)家Iijima通過(guò)石墨棒放電形成的陰極沉淀物進(jìn)行電鏡研究發(fā)現(xiàn)碳納米管（Carbon nanotubes,CNTs）以來(lái)，世界各地的研究者掀起了對(duì)碳納米管的研究熱潮，碳納米管的獨(dú)特吸波性能也使其成為最具影響力和發(fā)展?jié)摿Φ男滦臀ú牧现?。本文主要是?duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究情況進(jìn)行總結(jié)，綜述了目前有關(guān)碳納米管／鐵氧體吸波材料的最新研究進(jìn)展，對(duì)于碳納米管／鐵氧體吸波材料研究中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行論述，并提出了今后碳納米管在吸波材料方面的的研究方向。


    １　碳納米管／鐵氧體吸波材料


    １.１　碳納米管


    碳納米管是由類(lèi)石墨的六邊形網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)所組成的管狀物，是一種一維納米材料，納米粒子的表面界面效應(yīng)（比表面積大）、宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)等，使其具有不同于普通宏觀(guān)吸波材料的獨(dú)特的光、電、磁、聲等性質(zhì)，并從可見(jiàn)光到紅外波段，碳納米管都有良好的吸波特性。


    碳納米管粒子尺度（１～１００ｎｍ）遠(yuǎn)小于紅外線(xiàn)及雷達(dá)波波長(zhǎng)（１～１０００μｍ），因此碳納米管微粒材料對(duì)紅外及微波的吸收性能比普通吸波材料要好很多。碳納米管材料具有比普通粗粉體吸波材料大３～４個(gè)數(shù)量級(jí)的高比表面積，隨著表面原子比例的升高，晶體缺陷增加、懸掛鍵增多，大量懸掛鍵的存在容易造成界面極化，而高的比表面積和高比例表面原子又會(huì)導(dǎo)致多重散射，這些因素使得碳納米管具有吸波特性。宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)的存在使得碳納米管粒子的電子能級(jí)分裂，通過(guò)分裂而產(chǎn)生的能級(jí)間隔正好位于微波所對(duì)應(yīng)的能量范圍（１０－２～１０－４　ｅＶ）內(nèi)，從而產(chǎn)生新的吸波通道。在微波場(chǎng)的輻射下，原子和電子相對(duì)運(yùn)動(dòng)加劇，促使其磁化，從而通過(guò)使電子能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加大對(duì)電磁波的吸收效果。碳納米管不但具有較高的電損耗正切角，可以通過(guò)介質(zhì)的電子極化衰減來(lái)吸收電磁波，而且還具有較高的磁損耗正切角，可以通過(guò)磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁極化衰減來(lái)吸收電磁波。這幾個(gè)方面就是碳納米管具有良好吸波性能的主要因素，同時(shí)，碳納米管獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)和手征性也影響著其吸波性能。


    １.２　鐵氧體吸波材料


    鐵氧體吸波材料是目前研究最為成熟的吸波材料之一。鐵氧體材料在高頻電磁場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生比較大的磁損耗來(lái)吸收電磁波，具有價(jià)格低廉、吸波性能好、涂覆層薄、吸收頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，其主要類(lèi)型包括尖晶石型、石榴石型、磁鉛石型和鈣鈦礦型。尖晶石型鐵氧體的分子式為ＡＢ２Ｏ４，其中Ａ元素代表二價(jià)金屬離子，常見(jiàn)的有Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ?。玻ⅲ茫酰玻?、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋、Ｆｅ２＋ 等或者是它們的化合物；Ｂ元素代表了三價(jià)金屬離子，最常見(jiàn)的是Ｆｅ３＋。磁鉛石型鐵氧體屬于六方晶系，化學(xué)分子式為ＭＦｅ１２Ｏ１９，Ｍ 為Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋ 或Ｐｂ２＋ 等。鐵氧體吸波材料是一種雙復(fù)介電吸波材料，既具有復(fù)介電常數(shù)，也具有復(fù)磁導(dǎo)率，并由于分子的自極化效應(yīng)而引起材料介電效應(yīng)，由于自然共振機(jī)制而引起材料的磁效應(yīng)。


    ２　碳納米管／鐵氧體吸波材料的研究現(xiàn)狀


    ２.１　碳納米管／鋇鐵氧體吸波材料


    鋇鐵氧體吸波材料主要包括尖晶石型和磁鉛石型，其中磁鉛石型鋇鐵氧體吸波機(jī)制主要包括：通過(guò)介質(zhì)的界面極化、離子極化或電子極化來(lái)吸收或衰減電磁波的電損耗；通過(guò)后效損耗、疇壁共振和磁滯損耗等磁極化機(jī)制來(lái)吸收和衰減電磁波的磁損耗。鋇鐵氧體的常用制備方法有溶膠－凝膠法、水熱法、微乳液法、自蔓延高溫合成法、化學(xué)共沉淀法等。宛瓏等通過(guò)結(jié)合溶膠－凝膠法與自蔓延高溫合成法兩種方法制得鋇鐵氧體（ＢａＦｅ１２Ｏ１９），并在碳納米管中摻雜這種鋇鐵氧體，得到了具有一定吸波性能的磁性碳納米管材料，碳納米管中所摻雜的吡咯單體的比例分別為５％、１０％、１５％，通過(guò)電導(dǎo)率等測(cè)試方法來(lái)研究不同吡咯單體含量對(duì)吸波材料導(dǎo)電性的影響。結(jié)果顯示吸波材料性能良好，電導(dǎo)率在１０－８～１０３ 之間。賀可強(qiáng)等利用電弧法制得含鐵的單壁碳納米管，并將得到的單壁碳納米管提純，然后摻雜到通過(guò)溶膠－凝膠自燃法制得的Ｍ 型六角鋇鐵氧體（ＢａＦｅ１２Ｏ１９）納米晶粉體中，從而得到了具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳納米管／鐵氧體復(fù)合吸波材料。并利用同軸法檢測(cè)了樣品的電磁參數(shù)，研究了不同ＳＷＣＮＴｓ／ＢａＦｅ１２Ｏ１９比例下復(fù)合吸波材料的吸波性能。結(jié)果表明：復(fù)合粉體ＳＷＣＮＴｓ／ＢａＦｅ１２Ｏ１９的磁損耗主要是由于自然共振和交換共振引起的；當(dāng)摻雜２％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的ＳＷＣＮＴｓ時(shí)，微波反射衰減最大值為２４。８５ｄＢ，高于１０ｄＢ的頻帶寬度可以達(dá)到６。３０ＧＨｚ，表明材料具有較寬的吸波頻段。


    ２.２　碳納米管／鈷鐵氧體吸波材料


    鈷鐵氧體吸波材料具有獨(dú)特的物理特性、化學(xué)特性與磁特性，是一種應(yīng)用非常廣泛的材料。陳明東等通過(guò)檸檬酸絡(luò)合物形成的溶膠凝膠制得了鈷鐵氧體（ＣｏＦｅ２Ｏ４），并將所得鐵氧體與碳納米管混合均勻，得到不同含量的碳納米管吸波材料。他們通過(guò)微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的電磁參數(shù)，探討了不同含量的碳納米管吸波材料的吸波性能。研究表明，碳納米管的含量對(duì)涂層的吸波性能具有很大影響，當(dāng)碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為２０％時(shí)，厚度僅為１ｍｍ的涂層，最大峰值就能達(dá)到－１９。２ｄＢ，小于－１０ｄＢ的有效帶寬達(dá)３。１ＧＨｚ，基于微波介電損耗機(jī)理，研究了２～１８ＧＨｚ范圍內(nèi)涂層的電損耗功率密度，發(fā)現(xiàn)在厚度較薄的涂層中，碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為２０％時(shí)，涂層的吸波性能最佳。


    ２.３　碳納米管／鎳鋅鈷鐵氧體吸波材料


    鋅、鈷、鎳鐵氧體具有非常好的電磁性能，是普遍應(yīng)用的尖晶石型鐵氧體材料，將這些鐵氧體制備成納米級(jí)微粒，可以提高材料吸波性能。劉曉霞等通過(guò)沸騰回流法制得了Ｎｉ０。４Ｚｎ０。３５Ｃｏ０。２５－ＬａｘＦｅ２－ｘＯ４／碳納米管復(fù)合吸波材料，探討了不同鑭含量對(duì)復(fù)合材料磁性及吸波性能的影響。結(jié)果表明：沸騰回流法制備的鐵氧體為單相尖晶石結(jié)構(gòu)，納米鐵氧體粒子能夠成功地將碳納米管包覆。Ｌａ３＋ 摻雜量ｘ＝０。０７時(shí)，產(chǎn)物的矯頑力最大，且吸波性能最佳（如表１所示）。

    ２.４　碳納米管／鍶鐵氧體吸波材料


    鍶鐵氧體吸波材料是一種平面六角單軸結(jié)構(gòu)鐵氧體材料，為提高吸波材料吸收的微波頻率寬帶，通過(guò)在鍶鐵氧體吸波材料中添加其他吸波材料，如碳納米管，制成復(fù)合吸波材料，就可以有效地提高其吸波性能。王文婷等通過(guò)溶膠－凝膠法制得鍶鐵氧體包覆碳納米管的吸波材料，并研究了不同碳納米管含量對(duì)包覆后樣品的磁性能以及吸波性能的影響。通過(guò)ＴＥＭ、ＸＲＤ兩種測(cè)試方法驗(yàn)證了鍶鐵氧體成功地包覆在碳納米管表面；并通過(guò)ＶＳＭ 圖可以得出６％含量的ＣＮＴｓ－Ｓｒ－Ｆｅ１１。５Ｏ１９具有最佳的磁性能，矯頑力（Ｈｃ）為５９１６１３Ｏｅ。而經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)定，５％含量的ＣＮＴｓ－ＳｒＦｅ１１。５Ｏ１９的吸波性能最佳，最大反射率達(dá)－１９。７ｄＢ。


    趙德旭等通過(guò)空氣加熱氧化法分別在不同溫度下對(duì)碳納米管進(jìn)行預(yù)處理，然后用混酸對(duì)碳納米管做進(jìn)一步的處理，并結(jié)合原位復(fù)合法和溶膠－凝膠法兩種方法制得鍶鐵氧體包覆的改性碳納米管。利用ＦＴ－ＩＲ、ＴＥＭ、ＸＲＤ、ＳＥＭ 等測(cè)試方法檢測(cè)了樣品的各種性能。結(jié)果顯示，碳納米管表面引入了大量的羥基、羰基，使得其水溶性顯著增強(qiáng)；并制得了包覆均勻致密的碳納米管－鍶鐵氧體樣品。


    ２.５　碳納米管／鋇鎂鈷鉻鐵氧體吸波材料


    Ｇｈａｓｅｍｉ將多壁碳納米管分散于ＢａＦｅ１０Ｍｇ０。５Ｃｏ０。５－ＺｒＯ１９的前驅(qū)體溶液中，通過(guò)溶膠－凝膠工藝制備了Ｍｇ－Ｃｏ－Ｚｒ取代的鋇鐵氧體負(fù)載的多壁碳納米管復(fù)合納米粒子，并研究了不同碳納米管含量時(shí)復(fù)合粒子的電磁特性。相比單一鋇鐵氧體和多壁碳納米管，該復(fù)合粒子具有優(yōu)異的吸波性能，在８～１２ＧＨｚ波段內(nèi)具有２個(gè)吸收峰，反射率峰值隨著碳納米管含量的增加而降低，當(dāng)碳納米管體積分?jǐn)?shù)在８％時(shí)具有最佳吸波效果，反射率在８～１２ＧＨｚ波段內(nèi)小于－２０ｄＢ。


    ２.６　碳納米管／鐵氧體吸波材料的研究不足


    首先，碳納米管作為一種新型吸波材料尚未大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，這就限制了碳納米管／鐵氧體吸波材料的廣泛應(yīng)用。其次，近幾年共沉淀法、溶膠－凝膠法、水熱法和超聲共混法是使用最多的制備碳納米管／鐵氧體吸波材料的方法，但這些方法都還存在不足，因此尋求新的制備方法非常重要。最后，現(xiàn)階段對(duì)于碳納米管吸波機(jī)理及結(jié)構(gòu)控制方面也還有所欠缺，需要進(jìn)一步研究探明其機(jī)制，以提高碳納米管／鐵氧體吸波材料的吸波性能。


    ３　結(jié)語(yǔ)


    時(shí)代的發(fā)展需要促使著吸波材料的進(jìn)步，碳納米管／吸波材料作為一種新型吸波材料具有輕質(zhì)、寬頻、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。其中，鐵氧體吸波材料作為一種研究最成熟的吸波材料之一，具有價(jià)格低廉、吸波性能好、涂覆層薄、吸收頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。而碳納米管作為一種新型吸波材料，具有形態(tài)結(jié)構(gòu)可控制、質(zhì)量輕、導(dǎo)電性可調(diào)變、吸收電磁波頻帶寬、高溫抗氧化性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ奈ú牧现弧⒊墒斓难芯砍晒c新興的潛力項(xiàng)目相結(jié)合，必定能綻放出無(wú)比絢麗的科研火花，推動(dòng)吸波材料的進(jìn)步。為了滿(mǎn)足吸波材料在“厚度薄、密度小、吸收強(qiáng)、頻段寬、耐高溫”等方面的要求，今后對(duì)于碳納米管／鐵氧體吸波材料的研究應(yīng)主要集中在以下幾個(gè)方面：（１）繼續(xù)加深對(duì)鐵氧體吸波材料的研究和發(fā)展，探尋鐵氧體加強(qiáng)碳納米管吸波性能的機(jī)理，特別是關(guān)于多元素鐵氧體。（２）深入研究和探討碳納米管吸波材料的各種吸波機(jī)理，以促進(jìn)高性能吸波材料的研制。同時(shí)在碳納米管量化生產(chǎn)、生長(zhǎng)機(jī)理探索、結(jié)構(gòu)控制等方面也有很大的研究空間。（３）加強(qiáng)碳納米管／鐵氧體吸波材料的分散與結(jié)合性能研究，并對(duì)鐵氧體和多壁碳納米管之間的相互作用進(jìn)行研究，探討其界面結(jié)構(gòu)、元素成分、晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。