石英和水泥基体平板吸波材料研究

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1、人连理J人学博十学位论文摘要针对日前F]益严重的电磁污染，对建筑用防电磁辐射复合材料的研究也越来越迫切和广泛。为此，本文对石英和水泥为基体的两种平板复合材料进行了电磁性能研究，开发了两种建筑平板吸波材料。首先对石英／纳米炭黑复合材料的电磁性能进行了研究。采用TEM手段对N234型纳米炭黑的颗粒形貌进行了分析，采用同轴法测定了纳米炭黑粒子的电磁参数，并以石英为基体材料，以水玻璃和聚乙烯醇(PVA)为粘结剂，对石英／炭黑复合材料在150～1500MHz频段内的电磁屏蔽效能和2～18GHz频段内的吸波性能进行了分析。研究结果表明，炭黑属于一种电损耗介质，具有较高的电导率和较大

2、的介电常数。石英／炭黑复合材料的电磁屏蔽效能随测试频率和炭黑含量的增加而增大。当炭黑含量达到15v01％时，厚度为7mm的复合平板在150～1500MHz内的屏蔽效能可以达到一35dB。材料的吸波性能存在一个极限值，当炭黑含量超过6．0v01％时，入射电磁波在材料表面的反射增强，复合材料的吸波性能会下降。通过TEM、XRD手段分析了纳米二氧化锰粒子的颗粒形貌和化学成分，用同轴法测定了二氧化锰粒子的电磁参数，并以石英为基体对石英／_--氧化锰复合材料的电磁性能进行了分析。研究表明，二氧化锰属于一种介电损耗介质，具有较高的电阻率和较大的介电常数，而且其介电损耗角正切随频率的

3、增加变化不大。二氧化锰填充石英复合材料在低频下仍然具有较好的吸波性能，且其最佳吸收性能具有频率选择性。当二氧化锰含量小于40v01％时，复合材料在2～18GHz频段内的吸收峰值随二氧化锰含量的增加而逐渐增大，且峰值频率逐渐向低频移动。应用Rayleigh混合公式的扩展式和吸波性能的计算公式对炭黑或二氧化锰填充石英基体复合材料的电磁性能进行理论计算的结果表明，当炭黑或二氧化锰的含量较大时，计算值与实验值比较接近。说明Rayleigh混合公式的扩展式可以用于该复合体系吸波剂含量较大时的电磁性能计算。水玻璃和聚乙烯醇两种粘结剂对石英基复合材料的电磁性能具有不同的影响。以水玻璃

4、为粘结剂的试样比聚乙烯醇试样具有更高的屏蔽效能；而两者的吸波性能相差不大，但水玻璃试样吸波曲线比较平缓，而聚乙烯醇试样则具有较大的吸收峰。而且水玻璃试样具有相对较高的抗压性能。本文首次对发泡聚苯乙烯(EPS)填充水泥基体复合材料的吸波性能进行了实验研究。首次采用EPS颗粒表面处理工艺来增强其与水泥基体的亲和性和混合时的均匀性，分别制备了不同EPS填充率和不同厚度的EPS填充水泥平板试样，并在微波暗室内测Ti英和水泥基体平板吸波材料研究试其吸波性能。通过分析水泥在水化过程中的介电性能变化以及EPS水泥的内部结构来研究其微波损耗机理，结合能量守恒原理分析了EPS填充率、EP

5、S颗粒直径以及试样厚度对材料吸波性能的影响，并分析了材料最佳厚度的选择。结果显示，EPS填充水泥复合材料具有较好的吸波性能。其吸波性能随EPS填充率的增加而逐渐增大，直到60v01％时达到最佳，然后随EPS的继续增加吸波性能下降。随着EPS填充率的增加，材料的透波性能逐渐增强，试样的匹配厚度也逐渐增大。当EPS填充率相同时，随着颗粒直径的增加，材料的匹配厚度也逐渐增大。8～18GHz频段内，EPS填充率60v01％、EPS颗粒直径2IrllTl、厚度20mm的试样吸波性能可达到一1O～一15dB，吸收优于一10dB的工作带宽达6．2GHz。对EPS填充水泥复合材料力学性

6、能的研究结果表明，材料的抗压性能随EPS填充率的增加而线性下降，且随养护时阃的延长而缓慢增加。复合材料的抗压强度与EPS颗粒与水泥浆体界面的粘结性能密切相关。EPS颗粒直径的减小可以降低EPS颗粒与水泥接触界面处的空隙和孔洞，所以当采用21／1111直径EPS颗粒填充时，复合材料的抗压强度会比4fnmEPS颗粒填充复合材料得到部分提高。关键词：石英；水泥；炭黑；二氧化锰；吸波大连理T大学博十学位论文TheElectromagneticAbsorbingCharacteristicsofSiliconDioxideandCementBasedCompositePlates

7、AbstractThisdissertationiSaimedattheincreasinglysevereelectromagneticpollutionandboththeurgencyandbroadnessoftheresearchonbuildingmaterialsforelectromagneticinterfefenceCEMI)prevention．Thisdissertationdiscussestheelectromagneticcharacteristicsoftwokindsofcompositeplatesan