層狀水泥基吸波材料結構設計、製備及其性能研究

《層狀水泥基吸波材料結構設計、製備及其性能研究》是依託濟南大學，由張秀芝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：層狀水泥基吸波材料結構設計、製備及其性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張秀芝
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

針對電磁輻射所造成的污染以及電磁干擾產生的危害，開發兼具電磁波吸收性能、優異力學性能和耐久性能的水泥基複合材料。以電磁波傳輸理論和複合材料設計原理為指導，結合水泥基材料自身的特點，設計具有阻抗漸變結構的層狀水泥基吸波材料，分析阻抗匹配層材料的組成、厚度對吸波體透波性能的影響，損耗層中吸波劑的種類、摻量以及複合方式對材料吸波性能的影響；確定水泥基材料基本電磁參數及反射率的影響因素、機理以及層狀水泥基吸波材料各層的材料組成、厚度及性質對吸波能力的影響規律；建立吸波材料性能預測模型，為材料的設計與套用提供理論與實驗依據；揭示鐵氧體類吸波劑對水泥基材料水化進程、水化產物、微觀結構演變以及各種工作性能、力學性能及耐久性能影響，為鐵氧體類材料在水泥基體系中的套用提供理論依據。課題為應對日益嚴重的電磁環境的挑戰，提供新材料、新技術以及科學依據。

結題摘要

針對電磁輻射和電磁干擾開發具有電磁波吸收性能的水泥基材料具有重要理論與工程套用價值。本課題設計、製備了具有阻抗梯度變化的高吸收寬頻帶層狀水泥基吸波體，並探討了吸波體中阻抗匹配層和電磁波吸收層材料的組成、厚度對吸波體性能的影響，確定了水泥基材料基本電磁參數與反射率的關係，並對材料性能進行了預測。主要結論如下： 隨著矽灰摻量的增大，水泥基材料的孔隙率逐漸減小，介電常數逐漸增大，材料材料表面的匹配性能變差，其透波率最大值從30.1%逐漸減小到27.8%；隨著引氣劑摻量的增大，材料的孔隙率也逐漸增大，介電常數則逐漸減小，阻抗匹配性能得到改善，透波率最大值從30.1%增到37.9%；摻有20%膨脹珍珠岩的水泥基材料製備的匹配層，其透波率最高接近於60%，對材料阻抗匹配性改善明顯優於摻有引氣劑。引入碳納米管、鐵氧體等具有導電和磁性的功能材料以達到電磁波損耗的目的。碳納米管是較好的吸波功能材料，隨著碳納米管摻量的增加，水泥基材料介電常數逐漸增大。鐵氧體加入也增加了複合材料的電磁參數，並降低材料的反射率。 設計製備了具有電磁參數梯度變化的多層水泥基吸波體結構，結果表明：多層水吸波體結構電磁波損耗性能明顯優於單層水泥基樣品，且表現為層數愈多，吸收性能越好，吸收帶愈寬。三層吸波體結構反射率低於-7dB的頻寬為11.0GHz，低於-10dB的頻寬為7.65GHz。通過傳輸線理論預測了單層、雙層及三層材料的平板材料微波反射率，計算結果與實測值相對比發現：單層材料預測值與實驗值具有較好的相關性，而雙層和三層水泥基材料，由於每層材料電磁參數難以精確測量，導致最終反射率預測值與實測值相差較大。