手性材料是指与其镜像不存在几何对称性，且不能通过任何方法使其与镜像相重合的材料，是一种具有螺旋结构的各向同性的新型电磁波吸波材料。特点是在电磁场的作用下，手性材料会引起电场磁场的交叉极化，从而使其能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。现在研究最多的手性材料是手性导电聚合物、螺旋炭纤维。手性聚苯胺[25]是研究较多的一类手性导电高分子材料，通常是在手性诱导剂的手性诱导下聚合，因氢键和静电力存在使得聚苯胺主链发生重排，优先选择单一螺旋构型进行生长，形成明显单一螺旋构型的聚苯胺。FenfangXu等首先用偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对钡铁氧体(BF)进行羟基改性，然后通过原位聚合法制备铁氧体/手性聚苯胺复合材料。FE-SEM分析证明，改性前六边形的钡铁氧体极少被手性聚苯胺包覆，而改性后明显形成核-壳结构，最大反射损耗值从-30dB提高至-38.5dB，有效带宽由8GHz提高至10.45GHz，说明核-壳结构更有利于对电磁波的吸收。接着研究了樟脑磺酸用量对复合材料电导率的影响，在樟脑磺酸用量较低时，随着樟脑磺酸用量增加，PANI的掺杂度增加，载流子增多且载流子链间的传输性也增强，使得复合材料的导电率逐渐增大；复合材料的电导率曲线显示，纯聚苯胺的电导率最高，复合材料的电导率随着掺杂钡铁氧体的质量分数增加而降低。当钡铁氧体的质量分数为30%，涂层厚度是0.9mm时，复合材料的最大反射损耗值达-30.5dB，反射损耗值优于-10dB带宽达12.8GHz。与传统的铁氧体/聚苯胺复合吸波材料相比，铁氧体/手性聚苯胺不仅极大拓宽了吸收频带宽，还显著增强了材料的吸波效果，说明手性聚苯胺有重大的研究应用价值。此外，JihaiTang等还研究了外加恒定磁场对合成手性聚苯胺吸波性能的影响，SEM显示无论有无外加磁场，掺杂樟脑磺酸的手性聚苯胺外貌均呈纤维束状，直径在~nm。不同之处是外加磁场使得纤维束单元能沿聚苯胺大分子链方向生长，所以纤维束长度较长，结晶和取向性均较高。开路电位（OCP）测试表明外加磁场使得聚苯胺的手性特征更加明显，对其吸波性能有重要作用；导电率分析显示适当提高樟脑磺酸与苯胺的摩尔比，两种手性聚苯胺的导电率均会增加，但磁场的存在使得聚苯胺的大分子链更长，表现出更好的导电性能。外加磁场的手性聚苯胺的反射损耗值优于-10dB带宽达6.1GHz（28.9~35.0GHz)，最大反射损耗值是在32.1GHz的-12.3dB；而无外加磁场的手性聚苯胺的反射损耗值优于-10dB带宽仅有1.3GHz（31.2~32.5GHz），最大反射损耗值也仅有-10.1dB。可见，外加磁场对手性聚苯胺的吸波性能应用有指导意义。虽然手性聚苯胺的合成较其他手性导电高聚物的合成简单，但是由于聚苯胺难溶难熔的特点，在实际应用中仍然受到了极大的限制。螺旋炭纤维是一种新型的手性吸波材料，除具备一般炭纤维的耐热性、化学稳定性、电热传导性等优异的性能外，其特殊的螺旋手性结构使其具有优异的电磁性能，在制备过程中要综合考虑手性参数和纤维结构对吸波性能的影响[27-28]。赵东林等[29]以乙炔、镍板、三氯化磷为原料，通过化学气相沉积法制备螺旋形手性炭纤维。SEM照片显示了不同生长阶段螺旋形炭纤维的形貌，双螺旋炭纤维由初期的相互交叉的两个螺线圈变成最终两个紧密缠绕在一起的双线圈状螺旋形炭纤维。研究表明线圈状螺旋形手性炭纤维的螺旋半径、螺距均较大，更接近于微波的波长，其介电损耗明显大于麻花状螺旋形手性炭纤维的介电损耗。将其用作吸收剂制备芳砜纶蜂窝夹芯结构吸波材料，当复合材料的厚度是9.5mm时，反射率小于-10dB的频带在3.76~18GHz，频宽达14.24GHz；最大吸收峰在10.4GHz，反射率为-21.62dB。XianJian等进一步研究了不同结构的螺旋炭纤维对吸波性能的影响，其利用原位生长法在四针状ZnO（T-ZnO)晶须表面生成四足空心螺旋炭纳米纤维（T-hollow-HCNFs），并比较了其与常规螺旋炭纳米纤维（HCNFs）的导电性能和吸波性能。制备过程：首先利用氯化铜和酒石酸钾钠修饰T-ZnO晶须，然后利用催化化学气相沉积法（CCVD)在其表面原位生成T-hollow-HCNFs，具体如图3。在2~18GHz内测试了样品的电磁性能和吸波性能，电磁性能测试表明：T-hollow-HCNFs、HCNFs二者的复介电常数和复磁导率具有频率依赖性，而二者的导电性能接近，约为0.1S/cm。按照T-hol-low-HCNFs/石蜡、HCNFs/石蜡的质量比1∶9制成3mm厚的复合体，二者最大反射损耗分别为17.7GHz的-15.97dB和12.3GHz的-9.5dB；前者吸收损耗小于-10dB的带宽为4.8GHz（13.2~18GHz）；后者的吸收损耗小于-8dB的带宽为5.9GHz。同纯HCNFs相比，T-hollow-HCNFs显示出更优异的吸波性能，此结果表明：改变螺旋炭纳米纤维的结构能有效提高材料的吸波性能。此外，在应用中还发现，纯螺旋形手性炭纤维与树脂的界面结合强度较弱，而在炭纤维等表面生成螺旋形手性炭纤维不仅能提高纤维与树脂的界面结合强度，还能增强材料的吸波性能。LeiLiu等[31]首先将适量纳米镍颗粒包覆在炭纤维表面，然后采用化学气相沉积法在炭纤维表面生成厚度均匀的螺旋炭纤维。XRD显示炭纤维表面出现镍的弱衍射峰，证明确有部分镍加载在炭纤维表面；FE-SEM图显示镍颗粒均匀分布在炭纤维表面，颗粒直径在~nm。FE-SEM图也显示螺旋炭纤维均匀致密的包覆在炭纤维表面，大部分炭螺旋呈微米双螺旋交织形貌，少部分呈纳米单螺旋状。按其与石蜡质量比1∶9制成涂层，微波吸收损耗测试表明，当涂层厚度为2.5mm时，吸收损耗小于-10dB的带宽达5.8GHz（10.9~16.7GHz）。然而，以上研究并未能具体研究微米双螺旋炭纤维与纳米单螺旋炭纤维吸波性能优劣。为此，LeiLiu等利用镍及镍/氧化铝催化分解乙炔在炭纤维表面形成微米双螺旋炭纤维及纳米单螺旋炭纤维，并用SEM及矢量网络分析仪表征了材料的形态、结构及吸波性能。实验发现在炭纤维表面生成的两种螺旋结构均较为规整，不同之处在于微米双螺旋的螺直径较大为4~6nm、螺距近于0，纳米单螺旋的螺直径与螺距均近nm。因纳米单螺旋炭纤维的螺半径与螺距之比更接近0.23，所以其手性参数更大，并且电磁参数显示纳米单螺旋炭纤维的复介电常数小于微米双螺旋炭纤维，因此纳米单螺旋炭纤维吸波性能更优。纳米单螺旋炭纤维吸收损耗优于-10dB的带宽达9.6GHz，最大吸收损耗是-41.2dB；微米双螺旋炭纤维的吸收损耗优于-10dB的带宽是4.5GHz，最大吸收损耗是10.2GHz的-20.2dB。然而，螺旋炭纤维不具有磁性，将其与磁性材料复合使之兼具电损耗和磁损耗从而增强材料与空气的阻抗匹配能力，同时也能增加吸波剂对电磁波的磁损耗，更有利于微波在该吸波介质中的衰减。但是，目前该类复合材料的研究报道较少，会是未来螺旋炭纤维类吸波材料的研究热点。当前，手性材料的研究尚处于起步阶段，虽然理论上手性吸波材料具有明显的优势，但还没有令人信服的实践理论依据，其吸波机理及应用还需大量的工作。预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇
