摘要
随着人工智能技术不断发展以及5G时代的到来，电磁辐射污染也引起人们的广泛关注。电磁波吸收建筑材料是降低建筑物内电磁辐射的有效手段，但针对军事防御领域的电磁波吸收材料因为制备工艺复杂、制作成本高而不能使用在民用建筑中。开发一种用于民用建筑的吸波建材对于改善室内电磁环境以及满足一些特殊应用场景需求具有重要意义。脱硫石膏作为电厂工业副产物，目前作为建筑材料被大量使用，不仅有利于减少天然资源的开采而且避免了其大量堆积污染环境危害人类健康。建筑使用的脱硫石膏砌块和脱硫石膏砂浆因为不作为主要承力结构、施工厚度大、没有美观要求等特点非常适用于添加吸波剂制备吸波建材。故本文以低成本的脱硫建筑石膏为基材，将脱硫石膏砌块和脱硫石膏砂浆作为目标应用对象，添加石墨或铁氧体吸波剂制备并研究具有电磁波吸收功能的建材。 本文研究了石墨种类、尺寸、掺量和复合材料厚度对石墨/石膏基复合材料吸波性能的影响;通过简易方式自制了多层石墨和铁氧体并研究它们对复合材料吸波性能的影响，采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等方法探讨了这些吸波剂的结构、形貌、尺寸对吸波性能影响的机理。在实用性研究中，探索了石墨种类和掺量对石膏砌块和石膏砂浆标稠用水量、凝结时间、抗折抗压强度、吸水率、耐水性等应用指标的影响，将石墨/石膏砌块和石墨/石膏砂浆复合材料做成板状样品进行吸波性能测试，以模拟实际应用时对电磁波的吸收作用。 研究表明，石墨的种类、尺寸和掺量都会影响材料的吸波性能。相较于球状石墨，片状石墨的吸波效果更佳;相较于鳞片石墨，石墨微片因蓬松卷曲的片层形貌、片层更薄、比表面积更大而具有更好的吸波性能;石墨微片中，50μm尺寸的石墨微片片层更大，更易形成导电网络而具有强的电磁损耗性能，当掺加量为10wt.％时其吸波效果最佳，此时的衰减系数、导电率最大，阻抗匹配值最接近1，在11GHz时达到最低RL值-9.7dB;厚度的增加会使材料吸波的频率向低频率移动，10wt.％掺量的50μm石墨微片/石膏基复合材料模拟厚度在25mm时能够在6GHz以下频率出现低于-5dB的电磁波吸收。 自制的多层石墨成本更低，具有更大的片层间距，更有利于电磁波在形成的导电网络中产生损耗，能够在比50μm石墨微片更少的掺量(8wt.％)下达到相似的吸波效果，在12GHz达到最低RL值为-8.6dB;采用溶胶凝胶法自制的铁氧体是具有较强磁性的软磁体，在25wt.％的掺量下制备的石膏基复合材料阻抗匹配性强，对电磁波的衰减系数高，在10～14GHz有较好的吸波效果，最低RL值达到.11.6dB。 将石墨掺加到石膏砌块和石膏砂浆中制备吸波建材的研究发现，随石墨掺量的增加，石膏砌块的标稠用水量与吸水率增加、耐水性与力学性能下降。添加1wt.％的玻璃纤维可很好限制裂纹的扩展，使MLG/石膏砌块和NFG/石膏砌块的韧性增加、力学强度增加，在10wt.％石墨掺量下仍能达到标准要求。随石墨掺量的增加，石膏砂浆的标稠用水量增加、力学性能下降、凝结时间缩短。加入0.1wt.％的缓凝剂可有效延长凝结时间，满足机喷抹灰砂浆使用时间的要求，但力学性能还不能满足标准要求，有待于继续研究。弓形法对板状石墨/石膏砌块及石膏砂浆进行的电磁波反射率的测试表明，在添加8wt.％的自制多层石墨后具有最佳的吸波效果，反射损耗值都能够在低于6GHz频率范围内小于-5dB，即获得68％的吸收效果。
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