结构型水泥基吸波复合板材的设计与制备

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随着科技的发展,人类生活的空间充斥着各种电磁波辐射,长久的电磁波辐射会对人体的健康带来危害。为了减少电磁辐射给人们造成的潜在威胁,水泥基电磁波吸收材料作为一种防辐射功能建材被广泛关注。但目前该材料吸收频带窄,吸收不理想问题一直是困扰其走向更广泛应用的瓶颈。本文针对这一问题提出了一种基于掺EPS(发泡聚苯乙烯)颗粒的水泥基复合板材的多孔结构型复合板材。在传统的使用吸波剂实现阻抗渐变特性吸波体的研究基础上,探索了采用不同阻值的电阻膜组合在吸波体内实现复合材料的阻抗渐变特性,并进一步采用孔洞设计,通过孔洞在吸波板材上的分布,数量及孔径大小实施对电磁辐射控制。创新性设计并制作了多种孔洞结构型吸波体,成功实现了对电磁波的宽频吸收。本文研究发现,为减轻吸波体重量进行EPS掺杂,在一定的EPS掺量基础上继续增加EPS含量的效果并没有在此基础上进行打孔洞设计吸波体的吸波效果好;采用孔洞设计与制备即可减轻吸收体重量也可保持吸收体强度,增加使用可行性与价值;研究发现孔洞数量从4孔变成9孔之后电磁波的吸收效果进一步增强,表明创新性进行孔洞型吸收体设计切实可行;对在吸波体中起到阻抗渐变特性的电阻膜进行初步研究,发现电阻膜表现出了在吸波体内引导电磁波进入吸波体和损耗电磁波的双重特性;系统设计并制作出了双层、三层、四层及五层夹膜型吸波体,吸波体的整体厚度不变均为20mm。基本上每增加一层对应的吸波体的吸波带宽就增加一些。理论设计出每一层所需要的最优阻值的电阻膜;提出了在整体厚度继续降低的高效吸波体的可行性。对于五层夹膜型吸波体其最好的吸波效果为选取900-300-200-100 Ω/□的电阻膜组合对板材进行四角上的打4孔和在板材上均匀的打9孔的吸波体,其在2-18GHz的频段内低于-10dB的宽带达到97%。在对吸波体中的孔洞设计研究中发现,在板材上打孔的分布不同会影响到吸波体的吸波效果,首先孔洞的数量越多,孔径越大,电磁波入射到吸波体内部的概率越大;4孔的板材中孔洞分布在板材的四角吸波效果较好,9孔的板材中孔洞均匀的分布比十字型分布效果好。当吸波体为五层夹膜时,其吸波效果的变化规律与四层夹膜吸波体相似,但适当减小孔径,或减少孔洞数也能达到防辐射要求,即4角孔的五层夹膜吸波体和孔径不同的均匀9孔五层夹膜吸波体都能使电磁波在2-18GHz的吸波带宽达到97%。新材料制作方法简单,使用方便。可为城镇建筑室内电磁辐射污染防护提供材料及技术支撑。
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