[发明专利]一种多层完美吸波水泥板材

说明书

本发明公开了一种多层完美吸波水泥板材，包括依次层叠的周期性表面层、承重吸波介质层、下部介质层和屏蔽底板；碳纳米管同时在周期性表面层和承重吸波介质层中使用；所述周期性表面层是由透波基板上排列周期性的导电表面构成；所述承重吸波介质层是一种掺加碳纳米管吸波剂的水泥基材料形成的介质层；所述下部介质层是一种透波介质板；所述屏蔽底板是反射电磁波的金属底板或导电材料制成的平面。本发明结合超表面技术，将建筑材料集成到超表面结构的介质层中，从而实现可以承重的吸波超构材料。其吸收率高，工作频带宽，制备工艺简便，具有良好的承重、耐久性能。与市面上其他达到类似性能的吸波材料相比，有着造价低廉、可以承重防火等优势。

技术领域

本发明涉及建筑吸波结构领域。具体涉及一种多层完美吸波水泥板材，基于超表面技术和水泥基材料拌合技术，将建筑材料和纳米材料混合，并集成到超构材料中的结构，具有完美吸收电磁波的特性。

背景技术

由于无线电通信和电子设备应用的迅速增长，电磁波辐射已成为新的污染。电磁干扰不仅影响各种电子设备的运行，而且直接影响人体，甚至促进肿瘤的生长。因此，在建筑结构领域，电磁波的吸收已经引起了研究人员的重视。传统建筑材料、如水泥基材料的吸波性能主要通过在建筑材料中掺加吸波剂来实现。然而，目前对建筑吸波材料的研究主要着眼于通过拌合工艺，即，将吸波剂拌合进水泥基材料中。

该传统方法的吸波性能增强效果取决于水泥基材料各组分本身的吸波性能，需要通过不断配比试验来确定吸波剂的最佳选择和最适掺量。因此，其缺点也较为明显。第一，从根本上而言，水泥基材料的吸波性能依赖于物质分子本身的排列特性，无法通过人为设计来实现对特定吸收特性的控制。因此研究人员设计吸波材料的过程是被动的，无法主动控制制备得到的材料的吸波性能。第二，研究人员必须设法找到自然阻抗与自由空间匹配的材料。然而，与自然阻抗匹配的材料要求与空气阻抗接近，多数为疏松而多孔的材料，这不符合建筑材料增强增韧的设计思路。第三，该种吸波材料的制备受到各地材料、环境、养护等因素影响大，难以实现产业化、统一化生产。第四，相比先进的电磁吸波结构，该种方法对吸波性能的提高效果非常有限。

电磁超构材料(超材料)为上述问题提供了理想的解决方案。超材料、超表面是近年来快速发展的一个课题。超材料不仅具有奇异的电磁特性，而且具有广阔的应用前景。超表面可以通过人为地设计尺寸来满足所有亚光波频率上工作，已经证明了微波，毫米波，太赫兹，红外和近红外范围的可行性。通过人为设计，其可以在特定频段达到将近100％的电磁波吸收，展现完美吸收的特性。另外，超材料设计完成后，即可批量统一生产，保证了稳定的性能。

然而，目前的电磁超表面生产精细、加工相对复杂，并且不具备承重、防火、耐久等功能，无法直接用于建筑结构。另外建筑用的材料也不具有超材料各表面层、介质层所需要的电磁特性，无法集成到超表面、超材料结构当中。在超材料领域，存在以下技术偏见，使得将超构材料应用于水泥结构成为障碍：(1)表面的金属层的周期长度一般为微米级别，水泥结构生产由于工艺和造价原因，无法批量生产这样的表面；(2)为保证精度，表面金属层需要通过刻蚀、光学打印等方式进行，同样不适用于水泥生产；(3)在超构材料中用到的介质层，是完全透波的材料，而水泥材料只能达到30％-70％左右的透射，显然不在超构材料透波介质的选择范围内。这些技术偏见和制造困难成为超材料和建筑吸波结构吸波结合的难题。目前尚没有相关解决方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多层完美吸波水泥板材，先将碳纳米管吸波剂与水泥基材料拌合，再将此水泥基材料集成到使用碳纳米管作为导电表面的超表面结构的介质层中，实现可以承重的完美吸波超构材料；其吸收率高，工作频带宽，制备工艺简便，具有良好的承重、耐久性能。

为此，本发明采用以下技术方案：