[发明专利]一种复掺石墨烯纳米片的双层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石墨烯纳米片的双层水泥基吸波板及其制备方法：该吸波板由上层和下层组成，上下层厚度比为8:7；其中，上层包括水泥、硅灰、水、石墨烯纳米片、纳米镍颗粒以及减水剂，所述硅灰、水、石墨烯纳米片、纳米镍颗粒以及减水剂分别占水泥质量的10%，32~33%，0.03~0.06%，0.75%，0.33~0.35%；下层包括水泥、硅灰、水、碳纤维、炭黑、减水剂以及分散剂；所述硅灰、水、碳纤维、炭黑、减水剂以及分散剂分别占水泥质量的10%，33~80%，0.5~1%，6%，0.35~0.36%，0.35~0.38%；制备时，先制备下层浆料，再制备上层浆料，最后用双层叠合模具浇筑下层板，振捣密实养护，再浇筑上层板，振捣密实养护脱模，即得。本发明制备的吸波板抗压强度高，吸波效果显著，且成本低廉，适于推广应用。

技术领域

本发明属于建筑材料及吸波材料领域，具体涉及一种复掺石墨烯纳米片的双层水泥基吸波板及其制备方法。

背景技术

随着电子信息产业的迅速发展，电子电器设备已广泛应用到社会生产与人们生活的每个角落，其给人类带来极大方便的同时，也使得民用与军用电子电器设备的电磁环境变得日益复杂起来。当前，电磁波辐射已被有关组织列为既水、空气、噪声之后的第四大污染源。电磁波辐射不仅降低了电子电器设备使用性能与可靠性，而且还降低了安全性，同时，电磁波辐射对人体健康造成不同程度的危害，增加了人体患疾病的风险，也会产生不同程度地信息泄密和位置泄露。为了减少或消除电磁波所带来的污染，各国越来越重视电磁屏蔽领域的研究工作，出台了相关法规和技术标准。当前，开发高效低成本的屏蔽与吸收电磁波材料是一项重要而又迫切的工作。

材料的电磁波屏蔽机理可分为电磁反射与电磁吸收两种，电磁反射型材料的工作机制为电磁波入射到其表面，电磁波对材料中组成分子或原子产生极化，使其做受迫振动，成为一个个电磁波发射的点源，这些点源发射的电磁波形成反射波，因材料表面反射波与底层反射波振幅相等而相位相反进行干涉抵消，其吸收频带较窄。电磁波吸收是依靠基体中所掺杂的吸波剂来完成的，按损耗机制可分为电损耗型与磁损耗型，电损耗型还可分为电阻型与电介质型。单掺一种吸波剂很难达到高效且宽频吸收的目标，复掺法是拓宽吸收频带宽度的有效途径。新型纳米吸波剂具有“薄、轻、宽、强”等特点，成为目前材料学研究中的一个非常活跃的热点，也是最有应用前景的吸波剂之一。

石墨烯是由sp²杂化碳原子按六角晶格排列而成的二维结构，独特的二维纳米晶体结构赋予了石墨烯独特的性能，具有表面尺寸效应、量子霍尔效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞与量子遂穿效应及介电限域效应。在石墨烯结构中，相邻的两个碳原子以σ键连接在一起，距离为0.142nm，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，石墨烯具备良好的电磁波吸收率和高的导电性，已成为有潜力的新型吸波剂。碳纤维(CF)是由有机物转化而成的过渡态碳，属于电阻型吸波剂，依靠离子定向移动方式导电，导电性能与金属材料相似。随着电磁波频率增加，在其截面上的电流分布越来越向其表面集中，在趋肤效应作用下，产生的涡流损耗越大，从而导致电磁波损耗越多。碳纤维因难溶于水，在水泥基材料中不易分散而发生团簇现象，在一定程度上制约了在水泥基复合材料中的应用，对其进行改性或功能化是解决其分散性的有效途径。镍纳米颗粒是优良的磁介质吸波剂，其对电磁波能量的吸收机制由晶格电场热振动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子间的相互作用三种效应决定。纳米尺度镍粒子具有较强的活性，在电磁波作用下电子运动加剧，促进磁化，电磁波能量转化为热能消耗掉，同时，镍颗粒具有较高的磁导率，在高频电磁波强烈地作用下，其吸收性能明显提高。

传统的水泥基复合材料具有丰富的资源和良好的环境适应性，在建筑、道路、桥梁、隧道及港口等基础设施领域中有广泛地应用。水泥基材料具有抗压强度高、使用寿命长、成本低廉、可塑性好等特点，但其抗拉、抗弯强度较低，导电与吸波性能较差，是电磁波的天然透波体，但其磁导率虚部(μ)较小，最小值仅为0.07，在一定程度上制约其在电磁波吸收领域的应用。在水泥基材料中复掺填料是提高其流变性、强度、耐久性、导电与吸波性能的重要途径。