随着科学技术日新月异的发展，电子设备在人们生活中的使用也日趋广泛，甚至成为生活中必不可少的一部分，如手机、平板、电脑等。然而，伴随电子设备而来的电磁辐射污染，如附骨之疽一样缠绕着人们，不仅危害着人们健康，而且影响电子设备的正常使用。正是由于电磁辐射污染的危害性，ＷＨＯ（世界卫生组织）把其定义为世界主要污染之一。和平与发展是当今世界的主旋律，但和平离不开武力的保证。其中，武器发展是提高武力的重要渠道，而武器发展中电磁辐射探测和反探测是重中之重。因此，吸波材料（Electromagnetic  wave  absorbing  materials,EAM）已经成为重点研究项目之一，吸波材料是指能够吸收、衰减入射的电磁波，并将入射的电磁能转换为其他形式的能量（主要是热能）而消耗掉，或使电磁波因干涉而相消的一种功能材料。


    由于现实中电磁环境的日益复杂，这就要求吸波材料具有更高的“薄、轻、宽、强”性能。然而，传统的吸波材料在厚度、密度、吸收频带、吸收性能方面的现状不能满足现实需要。这就要求研究者寻找新的优秀的吸波材料，纳米吸波材料具有材料轻薄、吸收性能强、频带兼容性优秀、性能相对稳定等优点，在新型吸波材料中脱颖而出。自1991年日本的电镜专家Iijima通过石墨棒放电形成的阴极沉淀物进行电镜研究发现碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）以来，世界各地的研究者掀起了对碳纳米管的研究热潮，碳纳米管的独特吸波性能也使其成为最具影响力和发展潜力的新型吸波材料之一。本文主要是对国内外学者的研究情况进行总结，综述了目前有关碳纳米管／铁氧体吸波材料的最新研究进展，对于碳纳米管／铁氧体吸波材料研究中存在的一些问题进行论述，并提出了今后碳纳米管在吸波材料方面的的研究方向。


    １　碳纳米管／铁氧体吸波材料


    １.１　碳纳米管


    碳纳米管是由类石墨的六边形网格状结构所组成的管状物，是一种一维纳米材料，纳米粒子的表面界面效应（比表面积大）、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等，使其具有不同于普通宏观吸波材料的独特的光、电、磁、声等性质，并从可见光到红外波段，碳纳米管都有良好的吸波特性。


    碳纳米管粒子尺度（１～１００ｎｍ）远小于红外线及雷达波波长（１～１０００μｍ），因此碳纳米管微粒材料对红外及微波的吸收性能比普通吸波材料要好很多。碳纳米管材料具有比普通粗粉体吸波材料大３～４个数量级的高比表面积，随着表面原子比例的升高，晶体缺陷增加、悬挂键增多，大量悬挂键的存在容易造成界面极化，而高的比表面积和高比例表面原子又会导致多重散射，这些因素使得碳纳米管具有吸波特性。宏观量子隧道效应和量子尺寸效应的存在使得碳纳米管粒子的电子能级分裂，通过分裂而产生的能级间隔正好位于微波所对应的能量范围（１０－２～１０－４　ｅＶ）内，从而产生新的吸波通道。在微波场的辐射下，原子和电子相对运动加剧，促使其磁化，从而通过使电子能转化为热能来加大对电磁波的吸收效果。碳纳米管不但具有较高的电损耗正切角，可以通过介质的电子极化衰减来吸收电磁波，而且还具有较高的磁损耗正切角，可以通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁极化衰减来吸收电磁波。这几个方面就是碳纳米管具有良好吸波性能的主要因素，同时，碳纳米管独特的螺旋结构和手征性也影响着其吸波性能。


    １.２　铁氧体吸波材料


    铁氧体吸波材料是目前研究最为成熟的吸波材料之一。铁氧体材料在高频电磁场作用下会产生比较大的磁损耗来吸收电磁波，具有价格低廉、吸波性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点，其主要类型包括尖晶石型、石榴石型、磁铅石型和钙钛矿型。尖晶石型铁氧体的分子式为ＡＢ２Ｏ４，其中Ａ元素代表二价金属离子，常见的有Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ　２＋、Ｃｕ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋、Ｆｅ２＋ 等或者是它们的化合物；Ｂ元素代表了三价金属离子，最常见的是Ｆｅ３＋。磁铅石型铁氧体属于六方晶系，化学分子式为ＭＦｅ１２Ｏ１９，Ｍ 为Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋ 或Ｐｂ２＋ 等。铁氧体吸波材料是一种双复介电吸波材料，既具有复介电常数，也具有复磁导率，并由于分子的自极化效应而引起材料介电效应，由于自然共振机制而引起材料的磁效应。


    ２　碳纳米管／铁氧体吸波材料的研究现状


    ２.１　碳纳米管／钡铁氧体吸波材料


    钡铁氧体吸波材料主要包括尖晶石型和磁铅石型，其中磁铅石型钡铁氧体吸波机制主要包括：通过介质的界面极化、离子极化或电子极化来吸收或衰减电磁波的电损耗；通过后效损耗、畴壁共振和磁滞损耗等磁极化机制来吸收和衰减电磁波的磁损耗。钡铁氧体的常用制备方法有溶胶－凝胶法、水热法、微乳液法、自蔓延高温合成法、化学共沉淀法等。宛珑等通过结合溶胶－凝胶法与自蔓延高温合成法两种方法制得钡铁氧体（ＢａＦｅ１２Ｏ１９），并在碳纳米管中掺杂这种钡铁氧体，得到了具有一定吸波性能的磁性碳纳米管材料，碳纳米管中所掺杂的吡咯单体的比例分别为５％、１０％、１５％，通过电导率等测试方法来研究不同吡咯单体含量对吸波材料导电性的影响。结果显示吸波材料性能良好，电导率在１０－８～１０３ 之间。贺可强等利用电弧法制得含铁的单壁碳纳米管，并将得到的单壁碳纳米管提纯，然后掺杂到通过溶胶－凝胶自燃法制得的Ｍ 型六角钡铁氧体（ＢａＦｅ１２Ｏ１９）纳米晶粉体中，从而得到了具有网状结构的碳纳米管／铁氧体复合吸波材料。并利用同轴法检测了样品的电磁参数，研究了不同ＳＷＣＮＴｓ／ＢａＦｅ１２Ｏ１９比例下复合吸波材料的吸波性能。结果表明：复合粉体ＳＷＣＮＴｓ／ＢａＦｅ１２Ｏ１９的磁损耗主要是由于自然共振和交换共振引起的；当掺杂２％（质量分数）的ＳＷＣＮＴｓ时，微波反射衰减最大值为２４。８５ｄＢ，高于１０ｄＢ的频带宽度可以达到６。３０ＧＨｚ，表明材料具有较宽的吸波频段。


    ２.２　碳纳米管／钴铁氧体吸波材料


    钴铁氧体吸波材料具有独特的物理特性、化学特性与磁特性，是一种应用非常广泛的材料。陈明东等通过柠檬酸络合物形成的溶胶凝胶制得了钴铁氧体（ＣｏＦｅ２Ｏ４），并将所得铁氧体与碳纳米管混合均匀，得到不同含量的碳纳米管吸波材料。他们通过微波矢量网络分析仪测量的电磁参数，探讨了不同含量的碳纳米管吸波材料的吸波性能。研究表明，碳纳米管的含量对涂层的吸波性能具有很大影响，当碳纳米管的质量分数为２０％时，厚度仅为１ｍｍ的涂层，最大峰值就能达到－１９。２ｄＢ，小于－１０ｄＢ的有效带宽达３。１ＧＨｚ，基于微波介电损耗机理，研究了２～１８ＧＨｚ范围内涂层的电损耗功率密度，发现在厚度较薄的涂层中，碳纳米管质量分数为２０％时，涂层的吸波性能最佳。


    ２.３　碳纳米管／镍锌钴铁氧体吸波材料


    锌、钴、镍铁氧体具有非常好的电磁性能，是普遍应用的尖晶石型铁氧体材料，将这些铁氧体制备成纳米级微粒，可以提高材料吸波性能。刘晓霞等通过沸腾回流法制得了Ｎｉ０。４Ｚｎ０。３５Ｃｏ０。２５－ＬａｘＦｅ２－ｘＯ４／碳纳米管复合吸波材料，探讨了不同镧含量对复合材料磁性及吸波性能的影响。结果表明：沸腾回流法制备的铁氧体为单相尖晶石结构，纳米铁氧体粒子能够成功地将碳纳米管包覆。Ｌａ３＋ 掺杂量ｘ＝０。０７时，产物的矫顽力最大，且吸波性能最佳（如表１所示）。

    ２.４　碳纳米管／锶铁氧体吸波材料


    锶铁氧体吸波材料是一种平面六角单轴结构铁氧体材料，为提高吸波材料吸收的微波频率宽带，通过在锶铁氧体吸波材料中添加其他吸波材料，如碳纳米管，制成复合吸波材料，就可以有效地提高其吸波性能。王文婷等通过溶胶－凝胶法制得锶铁氧体包覆碳纳米管的吸波材料，并研究了不同碳纳米管含量对包覆后样品的磁性能以及吸波性能的影响。通过ＴＥＭ、ＸＲＤ两种测试方法验证了锶铁氧体成功地包覆在碳纳米管表面；并通过ＶＳＭ 图可以得出６％含量的ＣＮＴｓ－Ｓｒ－Ｆｅ１１。５Ｏ１９具有最佳的磁性能，矫顽力（Ｈｃ）为５９１６１３Ｏｅ。而经过网络分析仪测定，５％含量的ＣＮＴｓ－ＳｒＦｅ１１。５Ｏ１９的吸波性能最佳，最大反射率达－１９。７ｄＢ。


    赵德旭等通过空气加热氧化法分别在不同温度下对碳纳米管进行预处理，然后用混酸对碳纳米管做进一步的处理，并结合原位复合法和溶胶－凝胶法两种方法制得锶铁氧体包覆的改性碳纳米管。利用ＦＴ－ＩＲ、ＴＥＭ、ＸＲＤ、ＳＥＭ 等测试方法检测了样品的各种性能。结果显示，碳纳米管表面引入了大量的羟基、羰基，使得其水溶性显著增强；并制得了包覆均匀致密的碳纳米管－锶铁氧体样品。


    ２.５　碳纳米管／钡镁钴铬铁氧体吸波材料


    Ｇｈａｓｅｍｉ将多壁碳纳米管分散于ＢａＦｅ１０Ｍｇ０。５Ｃｏ０。５－ＺｒＯ１９的前驱体溶液中，通过溶胶－凝胶工艺制备了Ｍｇ－Ｃｏ－Ｚｒ取代的钡铁氧体负载的多壁碳纳米管复合纳米粒子，并研究了不同碳纳米管含量时复合粒子的电磁特性。相比单一钡铁氧体和多壁碳纳米管，该复合粒子具有优异的吸波性能，在８～１２ＧＨｚ波段内具有２个吸收峰，反射率峰值随着碳纳米管含量的增加而降低，当碳纳米管体积分数在８％时具有最佳吸波效果，反射率在８～１２ＧＨｚ波段内小于－２０ｄＢ。


    ２.６　碳纳米管／铁氧体吸波材料的研究不足


    首先，碳纳米管作为一种新型吸波材料尚未大规模工业化生产，这就限制了碳纳米管／铁氧体吸波材料的广泛应用。其次，近几年共沉淀法、溶胶－凝胶法、水热法和超声共混法是使用最多的制备碳纳米管／铁氧体吸波材料的方法，但这些方法都还存在不足，因此寻求新的制备方法非常重要。最后，现阶段对于碳纳米管吸波机理及结构控制方面也还有所欠缺，需要进一步研究探明其机制，以提高碳纳米管／铁氧体吸波材料的吸波性能。


    ３　结语


    时代的发展需要促使着吸波材料的进步，碳纳米管／吸波材料作为一种新型吸波材料具有轻质、宽频、性能稳定等优势。其中，铁氧体吸波材料作为一种研究最成熟的吸波材料之一，具有价格低廉、吸波性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点。而碳纳米管作为一种新型吸波材料，具有形态结构可控制、质量轻、导电性可调变、吸收电磁波频带宽、高温抗氧化性能强等优点，是最具发展潜力的吸波材料之一。将成熟的研究成果与新兴的潜力项目相结合，必定能绽放出无比绚丽的科研火花，推动吸波材料的进步。为了满足吸波材料在“厚度薄、密度小、吸收强、频段宽、耐高温”等方面的要求，今后对于碳纳米管／铁氧体吸波材料的研究应主要集中在以下几个方面：（１）继续加深对铁氧体吸波材料的研究和发展，探寻铁氧体加强碳纳米管吸波性能的机理，特别是关于多元素铁氧体。（２）深入研究和探讨碳纳米管吸波材料的各种吸波机理，以促进高性能吸波材料的研制。同时在碳纳米管量化生产、生长机理探索、结构控制等方面也有很大的研究空间。（３）加强碳纳米管／铁氧体吸波材料的分散与结合性能研究，并对铁氧体和多壁碳纳米管之间的相互作用进行研究，探讨其界面结构、元素成分、晶体结构产生的影响。