隨著科學技術日新月異的發展，電子設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、平板、電腦等。然而，伴隨電子設備而來的電磁輻射污染，如附骨之疽一樣纏繞著人們，不僅危害著人們健康，而且影響電子設備的正常使用。正是由于電磁輻射污染的危害性，ＷＨＯ（世界衛生組織）把其定義為世界主要污染之一。和平與發展是當今世界的主旋律，但和平離不開武力的保證。其中，武器發展是提高武力的重要渠道，而武器發展中電磁輻射探測和反探測是重中之重。因此，吸波材料（Electromagnetic  wave  absorbing  materials,EAM）已經成為重點研究項目之一，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。


    由于現實中電磁環境的日益復雜，這就要求吸波材料具有更高的“薄、輕、寬、強”性能。然而，傳統的吸波材料在厚度、密度、吸收頻帶、吸收性能方面的現狀不能滿足現實需要。這就要求研究者尋找新的優秀的吸波材料，納米吸波材料具有材料輕薄、吸收性能強、頻帶兼容性優秀、性能相對穩定等優點，在新型吸波材料中脫穎而出。自1991年日本的電鏡專家Iijima通過石墨棒放電形成的陰極沉淀物進行電鏡研究發現碳納米管（Carbon nanotubes,CNTs）以來，世界各地的研究者掀起了對碳納米管的研究熱潮，碳納米管的獨特吸波性能也使其成為最具影響力和發展潛力的新型吸波材料之一。本文主要是對國內外學者的研究情況進行總結，綜述了目前有關碳納米管／鐵氧體吸波材料的最新研究進展，對于碳納米管／鐵氧體吸波材料研究中存在的一些問題進行論述，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


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


    碳納米管粒子尺度（１～１００ｎｍ）遠小于紅外線及雷達波波長（１～１０００μｍ），因此碳納米管微粒材料對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個數量級的高比表面積，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導致多重散射，這些因素使得碳納米管具有吸波特性。宏觀量子隧道效應和量子尺寸效應的存在使得碳納米管粒子的電子能級分裂，通過分裂而產生的能級間隔正好位于微波所對應的能量范圍（１０－２～１０－４　ｅＶ）內，從而產生新的吸波通道。在微波場的輻射下，原子和電子相對運動加劇，促使其磁化，從而通過使電子能轉化為熱能來加大對電磁波的吸收效果。碳納米管不但具有較高的電損耗正切角，可以通過介質的電子極化衰減來吸收電磁波，而且還具有較高的磁損耗正切角，可以通過磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁極化衰減來吸收電磁波。這幾個方面就是碳納米管具有良好吸波性能的主要因素，同時，碳納米管獨特的螺旋結構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作用下會產生比較大的磁損耗來吸收電磁波，具有價格低廉、吸波性能好、涂覆層薄、吸收頻帶寬等優點，其主要類型包括尖晶石型、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元素代表二價金屬離子，常見的有Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ　２＋、Ｃｕ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋、Ｆｅ２＋ 等或者是它們的化合物；Ｂ元素代表了三價金屬離子，最常見的是Ｆｅ３＋。磁鉛石型鐵氧體屬于六方晶系，化學分子式為ＭＦｅ１２Ｏ１９，Ｍ 為Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋ 或Ｐｂ２＋ 等。鐵氧體吸波材料是一種雙復介電吸波材料，既具有復介電常數，也具有復磁導率，并由于分子的自極化效應而引起材料介電效應，由于自然共振機制而引起材料的磁效應。


    ２　碳納米管／鐵氧體吸波材料的研究現狀


    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制主要包括：通過介質的界面極化、離子極化或電子極化來吸收或衰減電磁波的電損耗；通過后效損耗、疇壁共振和磁滯損耗等磁極化機制來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、化學共沉淀法等。宛瓏等通過結合溶膠－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％，通過電導率等測試方法來研究不同吡咯單體含量對吸波材料導電性的影響。結果顯示吸波材料性能良好，電導率在１０－８～１０３ 之間。賀可強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，從而得到了具有網狀結構的碳納米管／鐵氧體復合吸波材料。并利用同軸法檢測了樣品的電磁參數，研究了不同ＳＷＣＮＴｓ／ＢａＦｅ１２Ｏ１９比例下復合吸波材料的吸波性能。結果表明：復合粉體ＳＷＣＮＴｓ／ＢａＦｅ１２Ｏ１９的磁損耗主要是由于自然共振和交換共振引起的；當摻雜２％（質量分數）的ＳＷＣＮＴｓ時，微波反射衰減最大值為２４。８５ｄＢ，高于１０ｄＢ的頻帶寬度可以達到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特的物理特性、化學特性與磁特性，是一種應用非常廣泛的材料。陳明東等通過檸檬酸絡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。他們通過微波矢量網絡分析儀測量的電磁參數，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，碳納米管的含量對涂層的吸波性能具有很大影響，當碳納米管的質量分數為２０％時，厚度僅為１ｍｍ的涂層，最大峰值就能達到－１９。２ｄＢ，小于－１０ｄＢ的有效帶寬達３。１ＧＨｚ，基于微波介電損耗機理，研究了２～１８ＧＨｚ范圍內涂層的電損耗功率密度，發現在厚度較薄的涂層中，碳納米管質量分數為２０％時，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，是普遍應用的尖晶石型鐵氧體材料，將這些鐵氧體制備成納米級微粒，可以提高材料吸波性能。劉曉霞等通過沸騰回流法制得了Ｎｉ０。４Ｚｎ０。３５Ｃｏ０。２５－ＬａｘＦｅ２－ｘＯ４／碳納米管復合吸波材料，探討了不同鑭含量對復合材料磁性及吸波性能的影響。結果表明：沸騰回流法制備的鐵氧體為單相尖晶石結構，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，產物的矯頑力最大，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構鐵氧體材料，為提高吸波材料吸收的微波頻率寬帶，通過在鍶鐵氧體吸波材料中添加其他吸波材料，如碳納米管，制成復合吸波材料，就可以有效地提高其吸波性能。王文婷等通過溶膠－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包覆后樣品的磁性能以及吸波性能的影響。通過ＴＥＭ、ＸＲＤ兩種測試方法驗證了鍶鐵氧體成功地包覆在碳納米管表面；并通過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。而經過網絡分析儀測定，５％含量的ＣＮＴｓ－ＳｒＦｅ１１。５Ｏ１９的吸波性能最佳，最大反射率達－１９。７ｄＢ。


    趙德旭等通過空氣加熱氧化法分別在不同溫度下對碳納米管進行預處理，然后用混酸對碳納米管做進一步的處理，并結合原位復合法和溶膠－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 等測試方法檢測了樣品的各種性能。結果顯示，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；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的前驅體溶液中，通過溶膠－凝膠工藝制備了Ｍｇ－Ｃｏ－Ｚｒ取代的鋇鐵氧體負載的多壁碳納米管復合納米粒子，并研究了不同碳納米管含量時復合粒子的電磁特性。相比單一鋇鐵氧體和多壁碳納米管，該復合粒子具有優異的吸波性能，在８～１２ＧＨｚ波段內具有２個吸收峰，反射率峰值隨著碳納米管含量的增加而降低，當碳納米管體積分數在８％時具有最佳吸波效果，反射率在８～１２ＧＨｚ波段內小于－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模工業化生產，這就限制了碳納米管／鐵氧體吸波材料的廣泛應用。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，現階段對于碳納米管吸波機理及結構控制方面也還有所欠缺，需要進一步研究探明其機制，以提高碳納米管／鐵氧體吸波材料的吸波性能。


    ３　結語


    時代的發展需要促使著吸波材料的進步，碳納米管／吸波材料作為一種新型吸波材料具有輕質、寬頻、性能穩定等優勢。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，具有價格低廉、吸波性能好、涂覆層薄、吸收頻帶寬等優點。而碳納米管作為一種新型吸波材料，具有形態結構可控制、質量輕、導電性可調變、吸收電磁波頻帶寬、高溫抗氧化性能強等優點，是最具發展潛力的吸波材料之一。將成熟的研究成果與新興的潛力項目相結合，必定能綻放出無比絢麗的科研火花，推動吸波材料的進步。為了滿足吸波材料在“厚度薄、密度小、吸收強、頻段寬、耐高溫”等方面的要求，今后對于碳納米管／鐵氧體吸波材料的研究應主要集中在以下幾個方面：（１）繼續加深對鐵氧體吸波材料的研究和發展，探尋鐵氧體加強碳納米管吸波性能的機理，特別是關于多元素鐵氧體。（２）深入研究和探討碳納米管吸波材料的各種吸波機理，以促進高性能吸波材料的研制。同時在碳納米管量化生產、生長機理探索、結構控制等方面也有很大的研究空間。（３）加強碳納米管／鐵氧體吸波材料的分散與結合性能研究，并對鐵氧體和多壁碳納米管之間的相互作用進行研究，探討其界面結構、元素成分、晶體結構產生的影響。