ScientificReports调控PVP含量制备优异吸波性能的碳纳米纤维

　　目前，用来减少对环境和人类危害的吸波材料成为信息设备不可或缺的一部分。传统的微波吸收材料如金属以及合金、氧化铁等各种具有较强微波吸收能力和有效频宽的复合材料快速发展，但是，不能满足同时降吸波材料的的密度和质量的要求。碳纳米材料作为轻质材料受到人们的广泛关注，碳纳米管、碳布等具有面积大、成本低、稳定性好、导电性好等优点。在碳纳米材料中，碳纳米纤维由于其一维纳米结构可以形成导电网络，对电磁波的吸收具有重要意义。
　　近日，南京大学科研者利用静电纺丝法以及热处理制备了PAN基碳纳米纤维，通过调控PVP 含量改善碳纳米纤维的结构，以提高材料的吸波性能。PVP是一种水溶性高分子，且其平均分子量较大的特点，当PAN和PVP的质量比为6：4时，获得的碳纳米纤维的吸波性能最好，吸波层厚度为1.8mm时，在15.2 GHz时反射率为- 51.3 dB，最大有效吸收频宽(< -10 dB)为5.1 GHz。因此，本研究为通过调节PVP含量构建碳纳米纤维导电网络提供了一种新方法，有利于轻质吸波材料的发展。
　　图1 制备碳纳米纤维的机理图。
　　图2 (a) PAN/PVP-7/3 (b) PAN/PVP-6/4 (c) PAN/PVP-5/5 (d) PVP (214) (e) PVP (333) (f) PVP(500)试样的SEM图像，插入物均为放大图像；(g,h) PVP(333)样品TEM图像；(i) PAN/PVP-6/4样品实物照片，插入PVP(333)样品实物照片。
　　图3 (a) PVP (214-200) (b) PVP (333-200) (c) PVP (500-200) (d) PVP (214-400) (e) PVP (333-400) (f) PVP (500-400) (g) PVP (214-600) (h) PVP (333-600) (i) PVP(500-600)样品的SEM图像。插入是放大的图像。
　　图2可以看出，纳米纤维表面光滑，PAN/PVP-7/3样品、PAN/PVP-6/4样品和PAN/PVP-5/5样品的平均直径分别为167nm、277nm和444nm。此外，当PAN的质量不变，PVP的质量增加时，纳米纤维越来越厚。经过热处理后，纳米纤维之间发生交联。PAN/PVP纳米纤维也分别在200℃、400℃和600℃下加热。从图3可以看出，样品都呈现出一维纳米纤维的形貌。随着PVP含量的增加，纳米纤维逐渐变厚。此外，当添加更多的PVP时，发生更多的交联现象。纳米纤维交联现象的增加为电子传递提供了更多的途径，并赋予纳米纤维更多的吸波通道，从而提高了材料电磁波屏蔽性能。
　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-019-38899-8#ref-CR20
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