石英和水泥基体平板吸波材料研究

论文摘要

针对目前日益严重的电磁污染,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2～18 GHz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15 vol%时,厚度为7 mm的复合平板在150～1500 MHz内的屏蔽效能可以达到-35 dB。材料的吸波性能存在一个极限值,当炭黑含量超过6.0 vol%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/二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40 vol%时,复合材料在2～18 GHz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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 吸波材料的研究意义
• 1.1.1 电磁辐射的来源及应用
• 1.1.2 电磁辐射的危害
• 1.1.3 电磁辐射的防护
• 1.2 吸波材料的类型和应用
• 1.2.1 吸波材料的类型
• 1.2.2 吸波材料的应用
• 1.3 建筑用吸波材料的研究现状及进展
• 1.3.1 碳系列填充水泥基吸波材料
• 1.3.2 金属填充水泥基体吸波材料
• 1.3.3 石英基体吸波材料
• 1.4 本文的主要研究目的及研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 电磁波吸收机理及测试方法
• 2.1 电磁波在自由空间的传播
• 2.2 电磁波在介质中的传播
• 2.2.1 电磁波在介质中的传输特性
• 2.2.2 电磁波在介质表面的反射
• 2.3 电磁波吸收机理
• 2.4 电磁性能测试原理及方法
• 2.4.1 屏蔽效能测试
• 2.4.2 吸收性能测试
• 2.4.3 导电性能测试
• 2.4.4 电磁参数测试
• 2.5 试样尺寸设定
• 3 炭黑、二氧化锰电磁特性及理论分析
• 3.1 炭黑损耗机理研究
• 3.1.1 炭黑的电磁特性
• 3.1.2 炭黑颗粒形貌表征
• 3.1.3 炭黑的结构特征
• 3.2 二氧化锰损耗机理研究
• 3.2.1 二氧化锰电磁特性
• 3.2.2 二氧化锰颗粒形貌表征
• 3.2.3 二氧化锰XRD衍射分析
• 3.3 以炭黑、二氧化锰为吸波剂的电磁性能计算
• 3.3.1 复合电磁参数计算
• 3.3.2 吸波性能计算
• 3.4 本章小结
• 4 石英基复合吸波材料研究
• 4.1 原材料与实验设备
• 4.1.1 实验原材料
• 4.1.2 实验设备
• 4.2 测试试样的制备
• 4.2.1 粘结剂粘结机理
• 4.2.2 加热温度选择
• 4.2.3 试样制备
• 4.3 石英／炭黑复合材料的电磁性能
• 4.3.1 石英／炭黑复合材料的屏蔽效能
• 4.3.2 石英／炭黑复合材料的吸波性能
• 4.3.4 石英／炭黑复合材料吸波性能计算
• 4.4 石英／二氧化锰复合材料的电磁性能
• 4.4.1 石英／二氧化锰复合材料的屏蔽效能
• 4.4.2 石英／二氧化锰复合材料的吸波性能
• 4.4.3 石英／二氧化锰复合材料电磁性能计算
• 4.5 复合吸波剂的研究
• 4.6 粘结剂对复合材料性能的影响
• 4.6.1 对材料屏蔽效能的影响
• 4.6.2 对材料吸波性能的影响
• 4.6.3 对材料抗压性能的影响
• 4.7 本章小结
• 5 水泥基复合吸波材料研究
• 5.1 EPS复合水泥吸波结构的提出及其电磁损耗机理分析
• 5.1.1 EPS复合水泥吸波结构的提出
• 5.1.2 EPS水泥复合材料电磁损耗机理
• 5.2 原材料与实验设备
• 5.2.1 实验原材料
• 5.2.2 实验设备
• 5.3 测试试样的制备
• 5.3.1 EPS表面预处理
• 5.3.2 试样制备
• 5.3.3 测试方法
• 5.4 水泥复合材料电磁性能研究及内部结构分析
• 5.4.1 水泥材料的导电性能测试
• 5.4.2 水泥材料的介电性能研究
• 5.4.3 EPS水泥内部结构分析
• 5.5 水泥复合材料吸波性能研究
• 5.5.1 能量守恒原理及其在水泥吸波材料中的应用
• 5.5.2 填充率对吸波性能的影响
• 5.5.3 厚度对吸波性能的影响
• 5.5.4 颗粒直径对吸波性能的影响
• 5.5.5 炭黑复合EPS对吸波性能的影响
• 5.6 水泥复合材料抗压性能研究
• 5.6.1 养护龄期的影响
• 5.6.2 EPS填充率的影响
• 5.7 本章小结
• 结论
• 1 本文结论
• 2 本文创新点摘要
• 3 研究前景与展望
• 参考文献
• 附录A 有效电磁参数计算程序
• 附录B 吸波性能测试值与实验值比较程序
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书