本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種吸波水泥。

背景技術(shù)：

水泥材料為多種內(nèi)含多種金屬氧化物的復(fù)合材料，其本身具有一定的吸波性能，但水泥材料對(duì)電磁波的吸收主要靠?jī)?nèi)部氧化物的電磁損耗，吸波性能比較低。水泥基體中加入傳統(tǒng)吸波劑后，盡管可以提高水泥材料的吸波性能，但卻大大降低了與空間波阻抗的匹配程度，因此吸波性能提高程度不大。如果在水泥基體中加入透波顆粒，盡管透波材料的加入減少了吸波劑的含量，但卻可以明顯改善水泥復(fù)合材料的阻抗匹配，同時(shí)透波顆粒經(jīng)與水泥混合后，其表面會(huì)被包覆一層水泥層，也會(huì)對(duì)入射電磁波產(chǎn)生散射和反射作用。當(dāng)透波顆粒的數(shù)目足夠多時(shí)，各個(gè)顆粒之間的多次反射和多次散射將對(duì)入射電磁波的衰減起到根重要的作用。同時(shí)在電磁波的多次散射過(guò)程中，水泥基體本身也會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生一定的損耗，因此透波顆粒的加入有望大大提高水泥復(fù)合材料的吸波性能。

發(fā)泡聚苯乙烯(Expanded polystyrene，EPS)是一種種輕質(zhì)、內(nèi)含小連續(xù)氣孔的泡沫，具有密度低，吸水牢低，耐酸堿，保溫性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)及建筑業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但將其應(yīng)用于吸波材料領(lǐng)域，尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種磁性吸波水泥結(jié)構(gòu)，能夠使得傳統(tǒng)水泥的吸波性能大大提高。

本發(fā)明的在先發(fā)明中，采用在水泥中摻雜發(fā)泡聚苯乙烯，來(lái)提高硅酸鹽水泥的吸波性能，但盡管其在某系頻段可以達(dá)到很好的吸波效果，但其在8-18GHz的微波頻段內(nèi)，很難全頻段達(dá)到-10dB的吸收，因此本發(fā)明對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，以使其全頻段具備更高的吸收。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種磁性吸波水泥結(jié)構(gòu)，其包括表面層和底層；

表面層包括發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為40-70vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為2-6mm；

底層包括石墨烯/四氧化三鐵粉體和硅酸鹽水泥，石墨烯/四氧化三鐵粉體含量為5-15％，石墨烯：四氧化三鐵體積比為2:1-1:2。

優(yōu)選的，所述發(fā)泡聚苯乙烯經(jīng)過(guò)表面改性，改性方法如下：

(1)將EPS表面用無(wú)機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，使EPS顆粒表面微溶；

(2)高分子粘結(jié)劑PVA用水稀釋，攪拌均勻后倒入清洗過(guò)的EPS顆粒和偶聯(lián)劑；

(3)浸漬晾干后得到所述表面改性的發(fā)泡聚苯乙烯。

所述石墨烯粉末/四氧化三鐵粉體制備方法如下：

(1)在冰浴條件下，機(jī)械攪拌條件下，在98％濃硫酸中加入鱗片石墨粉，再加入占石墨粉50-80wt％的硝酸鈉，和占石墨粉2-4倍重量的高錳酸鉀，冰浴下反應(yīng)30-120min；

(2)加熱至30-40℃恒溫4-5h，加入去離子水和雙氧水，攪拌1-3h，加入5％濃度的HCl離心洗滌直至無(wú)硫酸根離子，干燥后得到氧化石墨烯；

(3)將所述的氧化石墨烯分散到無(wú)水乙醇溶液中，超聲分散得到氧化石墨烯膠體溶液；

(4)將所述氧化石墨烯膠體溶液加熱到65-75℃，攪拌下加入質(zhì)量濃度為70-85％的水合肼，反應(yīng)0.5-2小時(shí)后，按照石墨烯:四氧化三鐵質(zhì)量比為2:1～1:2的比例，加入四氧化三鐵粉末，混合均勻；

(5)離心分離并洗滌，真空干燥得到石墨烯粉末/四氧化三鐵粉體。

由于EPS表面為憎水性，與無(wú)機(jī)硅酸鹽水泥相容性較差，而且EPS顆粒密度特別小，在與水泥混合攪拌過(guò)程中容易上浮，影響水泥漿體的均勻性，為了增強(qiáng)EPS顆粒與水泥漿體的親和性，需要對(duì)EPS表面進(jìn)行預(yù)處理。傳統(tǒng)的方法是在EPS顆粒表面涂敷一層粘結(jié)劑，現(xiàn)有技術(shù)一般采用環(huán)氧乳膠或聚乙烯丙酸鹽，其在與EPS顆粒的混合過(guò)程中，可以使EPS顆粒表面處于一種粘著狀態(tài)，當(dāng)加入水泥漿體后，可以在EPS顆粒表面形成一層水泥涂層，有助于EPS顆粒之間以及EPS顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)，但這種方法大大提高了EPS水泥復(fù)合材料的制作成本。

本發(fā)明采用了一種全新的處理工藝。首先將EPS表面用無(wú)機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，使EPS顆粒表面微溶。用高分子粘結(jié)劑PVA用水稀釋，攪拌均勻后倒入清洗過(guò)的EPS顆粒和偶聯(lián)劑。由于EPS顆粒表面的溶解使得其表面粗糙度增加，極大地增加了EPS顆粒的比表面積，在與粘結(jié)劑混合時(shí)，就大大增加了EPS顆粒與粘結(jié)劑之間的接觸界面面積，提高了兩者之間的粘結(jié)性能。

普通硅酸鹽水泥對(duì)電磁波的衰減主要是依靠水泥成分中的金屬氧化物及一些礦物材料的介電損耗和磁損耗，吸波性能比較低，而且水泥試樣比較致密，從而導(dǎo)致材料的輸入波阻抗與自由空間波阻抗不相匹配，材料的透波性能比較差。EPS顆粒介電常數(shù)比較低，可以作為一種良好的透波材料。它加入硅酸鹽水泥中后，可以調(diào)節(jié)水泥基復(fù)合材料的氣孔率和電磁參數(shù)，大大提高了復(fù)合材料阻抗與空間波阻抗的匹配程度。而且EPS顆粒經(jīng)表面處理后，與水泥漿體的相容性較好，在與水泥充分混合后其表面便會(huì)被包覆一層水泥層，可以散射部分電磁波，因此EPS填充水泥復(fù)合材料可以等效為一種閉孔吸波結(jié)構(gòu)。當(dāng)入射電磁波進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部時(shí)，便會(huì)在各個(gè)顆粒之間發(fā)生多次反射和散射，從而提高材料對(duì)入射電磁波的損耗和吸收。

水泥中添加EPS顆粒后，試樣的吸波性能都得到提高。添加40vol％EPS時(shí)，反射損耗達(dá)到-7～-10dB，而且試樣的吸波性能隨頻率的增加而增大，當(dāng)頻率達(dá)到17.7GHz時(shí)，試樣的反射損耗已達(dá)到-10.02dB；當(dāng)EPS填充率達(dá)到60vol％后，吸波性能隨頻率的增加而持續(xù)增加，當(dāng)頻率超過(guò)12GHZ以后，試樣的吸波性能都優(yōu)于-10dB，直到頻率達(dá)到18GHz時(shí)，吸渡性能達(dá)到-15.27dB，吸收優(yōu)于-10dB的帶寬為6.2GHz，當(dāng)EPS填充量繼續(xù)增加至70％時(shí)，材料的吸披性能反而下降。

由于表面層中對(duì)于微波的吸收都是基于EPS的反射和散射，其吸收方式單一。本發(fā)明在水泥底層中添加微波吸收材料石墨烯/四氧化三鐵粉體，使得EPS透波顆粒透射而來(lái)的微波被吸收，增加了其吸波效果。

本發(fā)明在水泥表面層中摻雜加入發(fā)泡聚苯乙烯，在底層中摻雜加入石墨烯/四氧化三鐵粉體，其在8-18GHz的頻段內(nèi)，吸波能力達(dá)到-12db以上，使得水泥的吸波性能增強(qiáng)。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

一種磁性吸波水泥結(jié)構(gòu)，其包括表面層和底層；

表面層包括發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為40vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為2mm；

底層包括石墨烯/四氧化三鐵粉體和硅酸鹽水泥，石墨烯/四氧化三鐵粉體含量為5％，石墨烯：四氧化三鐵體積比為2:1。

實(shí)施例2

一種磁性吸波水泥結(jié)構(gòu)，其包括表面層和底層；

表面層包括發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為70vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為6mm；

底層包括石墨烯/四氧化三鐵粉體和硅酸鹽水泥，石墨烯/四氧化三鐵粉體含量為15％，石墨烯：四氧化三鐵體積比為1:2。

實(shí)施例3

一種磁性吸波水泥結(jié)構(gòu)，其包括表面層和底層；

表面層包括發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為50vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為4mm；

底層包括石墨烯/四氧化三鐵粉體和硅酸鹽水泥，石墨烯/四氧化三鐵粉體含量為10％，石墨烯：四氧化三鐵體積比為1：1。

本發(fā)明實(shí)施例1-3的磁性吸波水泥結(jié)構(gòu)，其在8-18GHz的頻段內(nèi)，吸波能力達(dá)到-12db以上，遠(yuǎn)高于普通水泥+發(fā)泡聚苯乙烯的組合。