坚固的单壁碳纳米管涂层芳纶纤维，用于隐身应用

摘要：单壁碳纳米管（SWNTs）因其高强度和优异的电磁性能而闻名，为下一代蜂窝结构雷达吸波材料（HRAMs）提供了潜在解决方案。然而，将SWNTs集成到HRAMs中面临诸多挑战，包括分散性差、洗脱损失以及缺乏可扩展且兼容的制备方法。本文，北京大学高鑫助理教授、张锦

1成果简介

单壁碳纳米管（SWNTs）因其高强度和优异的电磁性能而闻名，为下一代蜂窝结构雷达吸波材料（HRAMs）提供了潜在解决方案。然而，将SWNTs集成到HRAMs中面临诸多挑战，包括分散性差、洗脱损失以及缺乏可扩展且兼容的制备方法。本文，北京大学高鑫助理教授、张锦教授、北京石墨烯研究所Yao Cheng等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Robust Single-Walled Carbon Nanotube-Coated Aramid Fibers with Tunable Conductivities for Broadband Radar Absorption in Honeycomb Structures”的论文，研究通过连续浸渍涂覆法合成可调导电SWNT涂覆芳纶纤维（SWNT-AF），并将其集成到芳纶纸基复合材料（APBC）中，以制备HRAMs。

SWNT-AF在APBC中同时充当结构增强材料和介电损耗中心，避免了SWNT直接分散到纸浆中，从而减轻了团聚和洗脱损失。优化后的APBC通过这些定制纤维增强，展现出改进的介电性能，从而提升了微波吸收性能。制备的高性能雷达吸收材料（HRAMs）在仅0.2 wt%超低SWNT负载量和仅30 mm薄厚度下，实现了14.8 GHz（2.0–18.0 GHz）的有效吸收带宽，并展现出−47.78 dB的反射损耗。这些结果凸显了SWNT-AF作为轻量化、宽带雷达吸收材料在隐身应用中的潜力。

2图文导读

图1. 碳纳米管涂层芳纶纤维（SWNT-AF）及其增强型纸基雷达吸波蜂窝结构。

图2.SWNT-AF 的形态、机械和电气性能以及耐久性。

图3.SWNT-AF 增强芳纶纸基复合材料（APBC）。

图4.HRAM 的微波吸收特性。

3小结

本研究提出了一种连续湿化学浸渍涂覆方法，该方法可有效地将碳纳米复合材料功能化到纤维表面，从而促进碳纳米材料在大规模波吸收复合材料中的应用。通过采用定制的自动浸涂系统，将单壁碳纳米管（SWNT）均匀涂覆于芳纶纤维（AF）表面，实现了导电性可调的芳纶复合纤维（SWNT-AF）的可控制备，其导电性范围为2.03至602.88 S cm–1。SWNT涂层展现出优异的结构稳定性，满足湿法造纸工艺的机械性能要求。将SWNT-AF引入APBC避免了直接向纸浆中添加SWNT时固有的SWNT团聚和洗脱损失。复合纸中的SWNT含量精确控制在0.03%至0.33%（质量分数）之间，导致介电常数和损耗正切值显著提升。所得HRAMs在30 mm厚度下实现了14.8 GHz的记录EAB（覆盖2.0–18.0 GHz频段的92.50%），最小RL为−49.30 dB。本研究建立了一个适用于多种微波吸收纳米材料（如石墨烯、MXenes、金属纳米线）的通用平台，为下一代轻质、高强度、宽带雷达吸收复合材料的开发奠定了基础。

文献：