纳米TiO2与水泥复合材料的吸波机理探讨

纳米TiO2作为微波吸收剂,掺入到水泥材料中,使水泥基复合材料具有一定的吸波功能.通过对掺有锐钛型TiO2、纳米锐钛型TiO2和纳米金红石型TiO2的水泥基复合材料的导电性能、电磁参数和反射率的分析比较,探讨了纳米TiO2与水泥复合材料的吸波机理.由于纳米TiO2的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应,使纳米TiO2与水泥复合材料在高频段体现更好的吸波性能,当纳米TiO2掺量为5%时,在12.5～18GHz频率范围内复合材料的反射率基本上都＜-0dB,最小反射率达-16.34dB.     

电磁改性谐振水泥基复合材料的吸波性能研究

利用涂挂法,分别在粉煤灰漂珠和闭孔珍珠岩表面涂挂石墨和铁氧体,通过扫描电镜对比改性前后漂珠和珍珠岩表面的微观变化.研究表明石墨和铁氧体在连续釉化面与特殊蜂窝结构的相间的珍珠岩颗粒表面分布均匀,形成了谐振腔吸波体.改性漂珠和珍珠岩分别与水泥基材料复合,形成吸波水泥基复合材料.采用RCS法测量各复合水泥基材料对S～C波段和X～Ku波段的电磁波反射率,研究复合水泥基材料的吸波效能.研究表明与涂挂法改性漂珠相比,涂挂法改性闭孔珍珠岩能有效提高水泥基材料的吸波效能,拓宽了一10dB带宽,具有进一步实际应用研究的意义.     

掺杂 TiO2水泥的吸波性能与力学性能研究

研究了纳米吸波材料与硅酸盐水泥复合材料的吸波性能和力学性能,讨论并分析了纳米氧化钛的用量、分散方式、试样厚度对电磁波反射衰减的关系和纳米氧化钛对水泥基复合材料的力学性能影响。实验结果表明：在8-18GHz频率范围内,纳米氧化钛与水泥制成的复合材料的反射率均小于-7dB,在16．24GHz时其反射率达-16．34(m,反射率小于-10dB的带宽达4．5GHz,且其力学性能明显优于水泥净浆。     

掺杂不同稀土氧化物对Ni-Zn铁氧体/泡沫铝材料吸波性能的影响

为了研究掺杂不同的稀土氧化物对Ni-Zn铁氧体/泡沫铝材料吸波性能,在泡沫铝表面涂覆了单一Ni-Zn铁氧体和掺杂质量分数为1%的不同稀土氧化物(三氧化二镝、氧化铈、三氧化镧)及其三者混合粉的Ni-Zn铁氧体复合粉,利用GJB 2038-94"雷达吸波材料反射率测试方法"中的雷迭截面(RCS)法对材料微波反射率进行了测量,扫描电镜(SEM))对吸波剂的形貌进行了分析.结果表明,在12～18GHz和26.5～40GHz频段内,各样品的吸收量均随着频率的增加而增加,添加稀土氧化物后的复合材料的吸波性能明显提高;因此,泡沫铝表面涂覆添加稀土氧化物的Ni-Zn铁氧体的复合粉,可以进一步改善其吸波性能.     

石墨泡沫混凝土的吸波性能研究

多功能化和低成本有利于建筑吸波材料的应用。在频率8～18GHz范围内,采用弓形反射法测试了掺加石墨的水泥基泡沫混凝土的吸波性能,研究了石墨掺量、发泡剂用量和试件厚度对石墨泡沫混凝土吸波性能的影响。结果表明,掺加石墨后,泡沫混凝土吸波性能逐渐增强,石墨泡沫混凝土吸波材料中石墨的逾渗阈值为水泥质量的15%;随着发泡剂用量增加,石墨泡沫混凝土反射率逐渐降低。厚度为30mm时,泡沫混凝土吸波性能最佳,当石墨掺量和发泡剂用量分别为水泥质量的15%和2.5%时,反射率降低至-15.64dB,<-10.0dB的带宽可达3.0GHz,导热系数低至0.083W/(m.K)。石墨泡沫混凝土具有良好的保温和吸波性能,可以浇注施工建筑物的屋面和墙体,同时实现建筑电磁辐射防护和建筑节能的目标。     

空心粉煤灰对铁氧体-炭黑/水泥基复合材料吸波性能的影响

通过改变空心粉煤灰微珠、铁氧体、炭黑的配比,分析了影响混凝土电磁吸收效能的主要因素,并探讨了空心粉煤灰微珠、铁氧体和炭黑的加入对水泥基复合材料电磁吸收性能的影响机制。结果表明:8~18GHz频率范围内,空心粉煤灰微珠是影响水泥基复合材料吸波性能的最主要因素,最佳水平组合为20wt%铁氧体、20wt%粉煤灰、10vol%炭黑,-10dB吸收带宽可达10GHz且明显优于无粉煤灰样品,其机制在于空心粉煤灰微珠的掺入同时改善了材料表面透射性能和介电损耗。     

掺天然磁铁矿水泥基复合材料电磁波吸收性能研究

以天然磁铁矿粉为低成本吸收剂制备了水泥基吸波材料,采用矩形波导法测试了不同磁铁矿掺量试样的复介电常数与复磁导率,并基于传输线与阻抗理论计算了试样的反射率。结果表明,掺天然磁铁矿水泥复合材料在8.2~12.4GHz频率范围内具有较高的电磁参数,表现出明显的电损耗与磁损耗。磁铁矿水泥复合材料存在2.5和8.5 mm两个匹配厚度。随磁铁矿掺量的增加,吸收峰向低频方向移动。当试样厚度为2.5mm时,磁铁矿掺量15%时,复合材料吸波性能最好,吸收峰值达到-14.8dB,反射率低于-10dB的频带达到2.1 GHz,而试样厚度为8.5mm时吸收峰值较低,但是吸收频带较窄。     

双层水泥基吸波材料制备及性能研究

以膨胀珍珠岩作为阻抗匹配层,以碳纳米管和铁氧体作为吸波剂制备双层水泥基吸波体,采用RCS法(radar cross section)研究水泥基吸波材料的吸波性能。实验结果表明,匹配层的透波率随着膨胀珍珠岩掺量的增加而增大,在8~18GHz频率范围内,掺有20%膨胀珍珠岩试样透波率介于20%~60%之间;以膨胀珍珠岩的水泥浆体作为匹配层制备的双层水泥基材料,其吸波性能要优于相同厚度单层吸波材料;当匹配层中膨胀珍珠岩掺量增加时,吸波性能也随着增加;以0.15%碳纳米管和10%FP型铁氧体作为复合吸波剂制备吸波层,具有优异的吸波性能,并且匹配层与吸波层的最佳厚度比为3∶1;而当吸波层复掺0.75%碳纳米管和30%FP型铁氧体时,双层吸波材料的吸波性能比相同厚度单层吸波材料要差,匹配层与吸波层的最佳厚度比为1∶3,试样反射率的峰值为-31.0dB,低于-7dB的带宽达10.6GHz。     

铜镀层复合材料的吸波性能

以2种织物材料为基材,采用化学镀铜的方法,进行铜镀层和吸波涂层复合材料的试验研究。分析了铜镀层的成分结构、织物种类、叠层顺序等因素对复合材料在9. 35 GHz下反射率的影响规律,并探讨了铜镀层对吸波特性的影响机制。研究表明,对于织物基材先涂敷吸波涂层再化学镀铜的复合结构,与未氧化的铜镀层相比,空气中氧化8天的铜镀层使无纺布吸波复合材料的反射率峰值由 - 11 dB降低至 - 13. 2 dB。对于织物基材先化学镀铜再涂敷吸波涂层的复合结构,40℃ 镀铜与常温镀铜相比,在反射率曲线峰值接近的情况下,吸波材料总厚度下降了约 1. 4 mm,说明铜镀层可用于改进吸波材料的微波吸收效果。      

Fe2O3质量分数对粉煤灰颗粒电磁特性的影响

为研究Fe2O3质量分数对粉煤灰颗粒电磁特性的影响,采用高铁粉煤灰颗粒进行试验,通过不同工艺措施改变粉煤灰颗粒Fe2O3质量分数,测试了复合高铁粉煤灰水泥浆体的吸波性能.结果表明,高铁粉煤灰颗粒是电磁波有效损耗介质,是以介电损耗型为主的吸波剂;高铁粉煤灰颗粒介电损耗与磁性氧化铁的质量分数具有较明显的内在相关性;磨细磁选、分级技术可有效改善粉煤灰颗粒的吸波能力;高铁粉煤灰水泥基复合材料具有明显的吸波性能,在12.5～18GHz波段,反射率R<-5dB,最小反射率达-9.88dB,但复合材料的吸波性能与颗粒电磁特性规律有所不同.高铁粉煤灰在吸波建筑材料中具有应用前景.     

铁氧体水泥基复合材料的电磁特性研究

材料电磁特性的研究对调整和优化材料电磁参数从而达到良好吸收起着至关重要的作用.采用XRD和IR分析了铁氧体与水泥基之间的相互作用,讨论了铁氧体掺量、粒径大小对复合材料电磁参数、反射率的影响,并运用电磁媒质混合定则和传输线理论对其进行了评价.结果表明,铁氧体与水泥基体间存在相互作用,且此作用对材料的电磁参数有直接影响;粒径的变化有利于磁导率虚部的提高,但更显著的是对材料吸收频段的移动作用;铁氧体水泥基复合体系并不完全服从电磁媒质混合理论,微扰理论在该体系内并不适用.     

掺铁氧体和石墨水泥基复合材料吸收电磁波性能

研究了添加铁氧体和石墨水泥基复合材料(F/G/C)的吸波性能。通过改变铁氧体、 石墨的配比, 分析了影响该材料电磁吸收效能的主要因素, 并探讨了其影响机制。结果表明: 石墨添加量20 vol%时材料出现逾渗现象, 逾渗区内介电损耗有较大值; 0.5~4 GHz范围内影响吸收深度的最主要因素是石墨, 影响吸收宽度的最主要因素是铁氧体, 最佳水平组合为20 wt% 60 μm铁氧体、 10 wt% 250 μm铁氧体、 30 vol%石墨, 吸收深度可达-32 dB且明显优于单组分复合; 吸收主要机制是磁损耗, 石墨的加入改善了材料空间波阻抗。      

碳纤维增强水泥基复合材料的吸波性能研究

利用弓形反射法(NRL)测试了碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%(质量分数)时碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4～8GHz和高频段8～18GHz时的反射率,讨论了纤维掺量、频率、反射率之间的关系.结果发现,在纤维掺量相同条件下:低频段时,反射率＜-10dB,CFRC表现出吸波性;高频段且纤维掺量超过0.6%(质量分数)时,反射率＞-10dB,CFRC对电磁波表现出反射性.随着纤维掺量的增加,低频段时反射率先降低、后又有所回升,吸波性由弱变强、又变弱,纤维掺量为0.6%(质量分数)时出现最小反射率-15.0dB;高频段时反射率总体上呈上升趋势,材料对电磁波的反射性越来越强,纤维掺量为0.4%(质量分数)时出现最小反射率-19.4dB.     

吸附钡铁氧体的多孔陶粒吸波材料制备及其性能

以硝酸铁、硝酸钡、柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法合成钡铁氧体溶胶,将其吸附于多孔陶粒表面和微孔中,经焙烧制备得到电磁吸波功能陶粒;再将该功能陶粒用作集料制备新型水泥基复合吸波材料。研究了合成的钡铁氧体的物相、形貌、复介电常数和复磁导率;结果表明合成的钡铁氧体纯度高,合成温度对其结晶度和晶体形貌有影响,经1000℃煅烧制得的钡铁氧体具有良好的吸波能力;对制得的功能陶粒进行了测试,结果表明钡铁氧体能包覆至陶粒表面和孔壁上;采用弓形法测得的功能陶粒水泥基吸波材料在8~18GHz频率范围内的电磁波反射率明显优于采用碎石和普通陶粒制备的试样。     

Electromagnetic wave absorption properties of cement-based composites filled with porous materials

To solve more and more serious electromagnetic radiations, cement-based composites were prepared by introducing porous materials into cement. The reflection losses were studied using arched testing method in the frequency range of 1.7–18 GHz. The results showed that the absorption properties were improved obviously. The mechanisms of wave attenuation of the composites were discussed, which indicated that the scattering and multi-scattering in porous beads played an important role. The filling ratio of porous beads, the bead geometries as well as the conformation of cement all had noticeably influence on the absorption properties. The lowest reflection loss of −22 dB was obtained at 5.6 GHz when the specimen was filled with 50 vol.% expanded polystyrene, and the effective absorption bandwidth (less than −10 dB) reached 10.6 GHz when the specimen was filled with 50 vol.% expanded polystyrene and 2 vol.% carbon black.     

SiC_W含量对SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷力学及高温微波性能影响

以α-Si_3N_4粉、β-SiC_W为原料,Al_2O_3、Y_2O_3为烧结助剂,采用凝胶注模工艺制备了SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷材料,烧结温度为1 650℃,保温1.5h。研究了SiC_W加入含量对SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷的微观结构、力学及常温/高温微波吸收性能的影响。结果表明:随着SiC_W含量的增加,SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都有先増后减的趋势,当含量为10wt%时,抗弯强度达到最大值505MPa,断裂韧性达9.515MPa·m1/2。常温介电常数在SiC_W含量为10wt%时,实部达最大值12,在12GHz最大吸收值为-21dB。高温介电常数随着SiC_W含量的增加有先增后减的趋势,在含量为10wt%时,实部达到最大值12.5。相比于纯Si_3N_4陶瓷,当SiC_W含量为10wt%时,SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷在11.7GHz左右最大吸收可达-27dB,有效吸收频带(小于-5dB)为11.2~12.3GHz。     

Study on the Electromagnetic Interference of CFRC Composites by Reflectivity

The influence of dispersion of carbon fibers in carbon-fiber-reinforced cement-based composites （CFRC） on the mechanical properties of the composites was discussed. The microstructure of the fracture surface of the CFRC samples was observed with a scanning electron microscope （SEM）. The electromagnetic interference （EMI） was evaluated indirectly by reflectivity in the Naval Research Laboratory （NRL） testing system. The reflectivity of the electromagnetic radiation by the composites was measured in the frequency range of 8.0- 18.2 GHz for different carbon fiber contents of 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, and 1.0% （in wt pct）, respectively. The results showed that the reflectivity decreased with the growing fiber content till the percentage of 0.6%. The minimum reflectivity was -23 dB, far less than -10 dB, and the composites were strong wave absorbers. After this percentage, the curve increased abruptly as the fiber content proceeded. The electromagnetic waves were gradually reflected. When the fiber content reached 1.0% finally, the maximum reflectivity -7.5 dB appeared and there was stronger reflection. The shielding mechanism includes mainly reflection, absorption, and multiple reflections.