碳纳米管氢等离子体的微波吸收机理研究

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碳纳米管是理想的准一维纳米材料,有独特的结构、奇异的物理特性及化学性能,具有非常独特的电磁特性。碳纳米管氢等离子体材料对微波的吸收和衰减是当今纳米材料科学领域的研究热点之一,在军事隐身和民用微波防辐方面显示出巨大的应用前景。本文首先对碳纳米管的结构特征、基本性能、材料吸波机理进行了系统的论述。基于Wadhavan、 Imholt和Naab等人有关铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子对2.45GHz附近频段微波具有强烈吸收的实验发现,本文运用双流体理论和唯象模型,分别研究了只考虑电子碰撞损耗情况下和同时考虑氢离子碰撞吸收条件下的铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体的微波损耗吸收,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体的微波吸收机理。运用Appleton–Hartee磁离子理论,根据W.K.B近似解法,深入研究了外加静磁场及其方向对碳纳米管氢等离子体微波损耗吸收的影响。理论导出了各种情况下碳纳米管氢等离子的复介电常数、微波损耗吸收系数公式,构建了碳纳米管氢等离子体材料的微波吸收模型。理论模拟结果和实验数据相吻合,很好地解释了Wadhavan、Anand与Naab等人观察到的实验现象,证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是碳纳米管的主要微波吸收机理。研究结果显示:只要恰当控制碳纳米管氢等离子体中的电子有效碰撞频率、电子数密度、外加磁场强度以及电磁波传播方向与外加静磁场之间的夹角,就能够实现碳纳米管氢等离子体对特定频段微波的强吸收。本论文的研究目的是为碳纳米管氢等离子体应用于军事隐身及民用微波防辐提供理论指导。
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