一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体及其制备方法，该吸波体包括水泥、硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管和减水剂，其它组分分别占水泥质量的5～20％、30～40％、0.01～0.1％、1～3％、0.2～1.5％和0.1～0.5％；制备方法包括如下步骤：称取所需材料；将水泥、硅灰倒入搅拌锅搅拌均匀，搅拌均匀后将纳米四氧化三铁和镀镍多壁碳纳米管倒入搅拌锅，低速搅拌2～5min；接着加入还原氧化石墨烯的分散液拌合均匀；再加入水及减水剂，搅拌机低速搅拌2～5min，停10～30s，高速搅拌2～5min，将拌好的浆料注入模具振动成型，并置于恒温恒湿箱中养护，24h后脱模，在此条件下继续养护，即得。本发明专利技术绿色、环保、无放射性，制备工艺简单，成形方便，可标准化生产，与建筑结合好。

Single layer cement-based absorber with nano absorbing agent and preparation method thereof

The invention discloses a single-layer cement-based absorber mixed with nano-absorber and a preparation method thereof. The absorber comprises cement, silica fume, water, reduced graphene oxide, Nano-ferric oxide, nickel-plated multi-walled carbon nanotubes and a water reducer. The other components account for 5-20%, 30-40%, 0.01-0.1% of the cement quality, respectively. 1-3%, 0.2-1.5% and 0.1-0.5%; the preparation method includes the following steps: weighing the required materials; pouring cement and silica fume into a stirring pan and stirring evenly; after stirring evenly, pouring Nano-ferric oxide and nickel-plated multi-walled carbon nanotubes into a stirring pan, stirring at low speed for 2-5 minutes; then adding the reduced graphene oxide dispersion to mix. Add water and superplasticizer, mix for 2-5 minutes at low speed, stop for 10-30 seconds, mix for 2-5 minutes at high speed, then inject the mixing slurry into the mold vibration molding, and put it in the constant temperature and humidity box to maintain, after 24 hours, take off the mold, under this condition, continue to maintain, that is, get. The invention has the advantages of green, environmental protection, non-radioactive, simple preparation process, convenient forming, standardized production and good combination with buildings.

【技术实现步骤摘要】
一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体及其制备方法
本专利技术属于一种新型的改性水泥基复合材料，具体涉及一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体及其制备方法。
技术介绍
随着电子信息产业的迅猛发展，电磁波作为信息传播的重要载体，已经渗入人们生活的各个方面。用电设备工作时会产生电磁辐射，并以传导耦合与辐射耦合方式向周围环境传播。当前，电磁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。电磁辐射不仅降低了电子设备使用效率、使用性能和可靠性，而且还降低了电子设备使用寿命与安全性，同时，电磁辐射通过热效应与非热效应对人体健康造成不同程度的危害，对人体固有的微弱电磁场产生干扰，造成人体细胞内遗传基因发生变异，增加了人体患白血病、高血压、癌症等疾病的风险，也会产生不同程度地信息泄密和位置泄露。电磁波以能量的形式在空间里向远方传播而不返回波源，这样便形成了电磁辐射，当遇到吸波体时会产生屏蔽与吸收现象，一部分能量因吸波体表面阻抗与空间波阻抗不匹配而被反射回来，一部分能量由吸波体透射，而入射到吸波体内部电磁波一部分能量因物体内部带电粒子极化而被耗散，一部分能量因吸波体内部散射效应发生多重反射转化为热能或其它形式能量被消耗。在电磁波屏蔽与吸收研究方法中，传输线理论法是当前广泛采用的一种分析方法，该方法将屏蔽体看作为一定厚度均匀材料体，入射在其表面电磁波被反射一部分，剩余部分透入到屏蔽体向前传播，在传播过程中，电磁波将受到屏蔽体的连续吸收衰减，在屏蔽体内部界面间多次反射与透射，其原理如说明书附图1所示。根据谢科诺夫(Schelkunoff)公式，总屏蔽效能SEtotal(dB)＝SEA+SER+SEM，其中SEA为吸收部分效能，SER为反射部分效能，SEM为材料内部多次反射效能，当SEA大于15dB时，SEM可忽略不计，此时总屏蔽效能SEtotal(dB)＝SEA+SER。由Schelkunoff公式可知，屏蔽不能从根本上削弱甚至消除电磁波，由材料表面反射的电磁波还会产生二次污染，采用具有吸波功能的材料，将电磁波的能量转换为其它形式的能量，能够从根本上消除电磁波辐射。低碳、节能、科技环保是绿色建筑内涵的基本要素，在未来社会里，人们在享受低碳生活的同时，会更加注重居住环境科技含量与品味。目前，尽管电磁辐射污染危害性还未被人们摆到与水、空气、噪声污染在同一层次，但随着人们环保意识的增强，相信在不久的将来，人们也会有治理水、空气与噪声污染的决心来治理电磁波所带来的各种危害。因此，专利技术一种能有效屏蔽与吸收电磁波的吸波体，满足人们不断增长的美好生活需求，改善居住环境质量，推动绿色建筑领域技术革新与材料性能的大力提升，有效减少电磁波污染这方面研究具有重要的理论研究与实际应用价值，也是一项有价值的工作。当前，水泥基复合材料(如混凝土、水泥砂浆等)具有丰富的资源和良好的环境适应性仍然是最广泛使用的建筑材料，水泥基复合材料具有高强度、使用寿命长、绿色环保等特点，但相对于高抗压强度，导电性能与吸波性能均较差，其磁导率虚部较小，最小值仅为0.07，也在一定程度上制约在特殊领域的应用与发展，在水泥基材料中复掺吸波剂是提高其吸波性能的重要途径。吸波剂按其吸波机理分为吸收型与干涉型，吸收型吸波剂主要是材料内部电磁波损耗吸收，干涉型吸波剂利用材料吸波层表面反射波和底层反射波振幅相等而相位相反原理进行干涉抵消，以达到损耗和衰减电磁波的目的。吸收型吸波剂根据其吸波机制分为：(1)电阻型：如碳化硅、石墨、炭黑与碳纤维，在高频段具有较高的介电损耗因子，通过电场相互作用与电阻改变来衰减电磁波能量；(2)电介质型：如钛酸钡、氮化硅、氮化铁，吸波机理是因其具有高的介电常数和较大的介电损耗角，以介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化等驰豫来衰减电磁波；(3)磁介质型，如铁氧体材料、羰基铁粉、超细金属微粉，吸波机制为利用磁性材料较高的磁损耗因子，通过磁滞损耗、畴壁共振与自然共振来吸收衰减电磁波。传统吸波剂以强吸收为主，金属基材料被广泛地用于保护电气设备远离电磁屏蔽干扰，但金属外壳材料重、易腐蚀、导致其在水泥基吸波材料中应用的局限性。为了避免金属材料的缺点，金属镀膜聚合物、陶瓷、传统碳系材料作为替代金属材料吸波剂被广泛应用于水泥基材料中。传统碳系材料如石墨、改性石墨与炭黑具有较好的导电性与吸波性能，但其掺入到水泥基材料中，将出现“滚珠效应”，明显地降低复合材料力学性能。同时，单一组分的吸波剂由于难以实现宽频吸收的目标，往往吸波性能较差，已经不能满足吸波材料高效、轻质的要求，因此制备兼具介电损耗和磁损耗的纳米吸波剂已经成为当今吸波材料研究领域的热点。
技术实现思路
针对现有问题的不足，本专利技术的目的是提供一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体以及制备方法；本专利技术将将电介质型吸波填料与磁介质填料在水泥基材料中复掺，拓宽吸收与屏蔽电磁波的频段；且提供的吸波体绿色、环保、无放射性，制备工艺简单，成形方便，可标准化生产，与建筑结合好。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，包括水泥、硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管和减水剂，其中，硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管以及减水剂分别占水泥质量的5～20％、30～40％、0.01～0.1％、1～3％、0.2～1.5％和0.1～0.5％。作为本申请的优选技术方案，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，等级为P·II42.5级，硅灰中SiO2含量>86％，比表面积为15m2/g，含水率<3.0％，活性指数>106％，总碱度＜1.5％。作为本申请的优选技术方案，，所述的还原氧化石墨烯，厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm，层数为1～5层。作为本申请的优选技术方案，，所述的纳米四氧化三铁平均直径为20nm，表观密度为0.84g/cm3，绝对密度为4.8～5.1g/cm3。作为本申请的优选技术方案，所述的镀镍多壁碳纳米管管径为20～30nm，长度为10～30μm，比表面积＞110m2/g，堆积密度为0.27g/cm3，电导率为150s/cm。作为本申请的优选技术方案，所述的减水剂为聚羧酸型减水剂，减水率45％。一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体的制备方法，包括如下步骤：称取水泥，备用；按质量比称取硅灰，将两者倒入搅拌锅搅拌均匀，搅拌均匀后按质量比称取纳米四氧化三铁和镀镍多壁碳纳米管倒入搅拌锅，低速搅拌；接着在已搅拌好的混合物中加入还原氧化石墨烯的分散液拌合均匀；最后按质量比称取水及减水剂，添加到混合物中，搅拌机低速搅拌，停10～30s，再高速搅拌，将拌好的浆料注入模具振动成型，并置于恒温恒湿箱中养护，24h后脱模，在此条件下继续养护，即得。作为本申请的优选技术方案，所述低速搅拌、高速搅拌的时间均为2～5min。作为本申请的优选技术方案，所述的模具尺寸为300×300×30mm3。作为本申请的优选技术方案，所述的恒温恒湿箱保持温度为18～22℃，相对湿度＞90％。研究表明，纳米材料具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等与众不同的特性，成为目前材料科学研究中的一个非常活跃的热点，也是最有前景的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，其特征在于，包括水泥、硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管和减水剂，其中，硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管以及减水剂分别占水泥质量的5～20％、30～40％、0.01～0.1％、1～3％、0.2～1.5％和0.1～0.5％。

【技术特征摘要】
1.一种复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，其特征在于，包括水泥、硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管和减水剂，其中，硅灰、水、还原氧化石墨烯、纳米四氧化三铁、镀镍多壁碳纳米管以及减水剂分别占水泥质量的5～20％、30～40％、0.01～0.1％、1～3％、0.2～1.5％和0.1～0.5％。2.根据权利要求1所述的复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，等级为P·II42.5级，硅灰中SiO2含量>86％，比表面积为15m2/g，含水率<3.0％，活性指数>106％，总碱度＜1.5％。3.根据权利要求1所述的复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，其特征在于，所述的还原氧化石墨烯，厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm，层数为1～5层。4.根据权利要求1所述的复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，其特征在于，所述的纳米四氧化三铁平均直径为20nm，表观密度为0.84g/cm3，绝对密度为4.8～5.1g/cm3。5.根据权利要求1所述的复掺纳米吸波剂的单层水泥基吸波体，其特征在于，所述的镀镍多壁碳纳米管管径为20～30nm，长度为10～30μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亚飞，孙曼婧，周天舒，高培伟，刘宏伟，陈敏，李隽，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32