[发明专利]一种复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板及其制备方法，所述复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板由匹配层、吸收层、吸收反射层组成，匹配层包括纳米氮化硅，吸收层包括石墨烯纳米片和纳米镍颗粒，吸收反射层包括碳纤维和炭黑。通过三层结构结构设计实现阻抗匹配，在2~18GHz频率范围内宽频吸收；通过纳米功能材料的复掺改善水泥孔隙结构、加速水泥水化过程，以增强抗压强度。

技术领域

本发明属于建筑材料及吸波材料技术领域，具体涉及一种复掺纳米功能材料三层结构水泥基吸波板及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，各种电子、电气设备为人们生产生活提供便利的同时，其工作时产生的电磁波辐射与干扰在很大程度上影响人们的生活与健康。为了减少电磁辐射的各种危害，目前主要通过电磁波吸收和屏蔽两个方面来减少电磁辐射。采用具有吸波功能填料复掺，并进行多层结构功能化设计，将电磁波的能量最大限度地转换为热能或其它形式能量消耗，能够从根本上解决电磁辐射所带来的危害。

多层结构水泥基吸波材料主要利用阻抗渐变方法实现吸波材料界面阻抗与空间波阻抗相匹配，使入射电磁波不在吸波材料表面产生过多的反射，入射到材料内部的电磁波经吸收层与吸收反射层吸收或多次衰减而消耗。 “一种复掺EP与NGPs吸波剂的三层结构水泥基吸波板及其制备方法”（CN109457826A）公开了一种上层板掺加膨胀珍珠岩（EP），中层板掺加多层石墨烯纳米片（NGPs）、纳米镍颗粒，下层板掺加碳纤维、炭黑的三层结构水泥基吸波板。但是，上层板（匹配层）掺加的透波材料膨胀珍珠岩本身强度较低，将其掺入到水泥基材料中形成蜂窝状空腔结构本身，大大降低了匹配层材料的强度；而且通过调节匹配层中透波材料的种类及用量，可调节水泥浆体的气孔率和电磁参数，提高复合材料阻抗与空间波阻抗的匹配程度，增强整体吸波性能。

发明内容

本发明提供了一种复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板及其制备方法，设计了由匹配层、吸收层、吸收反射层组成的三层结构水泥基吸波板，将纳米氮化硅掺入匹配层，提高匹配层透波性能，并增强整体吸波性能和抗压强度。

本发明的技术问题可以通过以下技术方案实现：

一种复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板，由匹配层、吸收层、吸收反射层组成，所述匹配层包括纳米氮化硅（Nano-Si₃N₄），增强透波性能；所述吸收层包括石墨烯纳米片（NGPs）和纳米镍颗粒（Nano-Ni），磁介质型吸收电磁波、减少电磁波的反射与透射；所述吸收反射层包括碳纤维（CF）和炭黑（CB），形成封闭的导电网络，阻止电磁波的穿越，使电磁波一部分能量转化为电热能，另一部分电磁波被反射至吸收层继续吸收。

本发明将纳米功能材料掺入三层结构水泥基吸波板，其中，Nano-Si₃N₄是通过特殊工艺制备的陶瓷基纳米材料，粒径小、比表面积大、机械强度高、耐高温，具有较好的透波性能，并能在复合材料中形成致密的弥散相，增强力学强度。NGPs是由sp²杂化碳原子按六角晶格排列而成的二维纳米结构，相邻的两个碳原子以σ键连接，而垂直于晶面方向上的自由电子形成π键，π电子可以在其晶体结构平面内自由移动，因此具备较高的电磁波吸收和导电性能。而且，低掺量的NGPs可加速水泥的水化过程，改善水泥的孔隙结构，为水泥水化产物提供结晶点位，使水泥水化产物增韧增粗，显著提高了力学性能。

进一步的，所述纳米氮化硅在匹配层中的掺量为2%，所述石墨烯纳米片在吸收层中的掺量为0.025%~0.05%，所述纳米镍颗粒在吸收层中的掺量为0.75%，所述碳纤维在吸收反射层中的掺量为0.5~1%，所述炭黑在吸收反射层中的掺量为4%。

进一步的，所述匹配层、吸收层、吸收反射层的厚度比为8:11:11。

一种复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板的制备方法，包括以下步骤：