炭黑為吸波劑石膏板和礦棉板電磁波吸收性能研究.pdf

1、本文以石膏和礦物棉為基體材料，乙炔炭黑為主要吸波劑，制備了具有寬頻電磁波吸收性能的建筑裝飾用石膏板和礦棉板。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射儀（XRD）以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）等對材料的微觀結(jié)構(gòu)、電磁性能以及吸波性能進(jìn)行了研究，并探討了電磁波吸收機(jī)理。
　　實驗證實，石膏和礦物棉均不具備損耗電磁波的能力；乙炔炭黑是一種具有較大介電常數(shù)和較高電損耗因子的電阻損耗型吸波劑，納米尺寸以及高結(jié)構(gòu)性也

2、是導(dǎo)致其具有較強(qiáng)損耗能力的重要因素；膨脹珍珠巖是一種具有低介電常數(shù)的透波材料。
　　實驗發(fā)現(xiàn)：膨脹珍珠巖可以改善石膏板的吸波性能，其最佳含量為40vo l％左右。1mm粒徑膨脹珍珠巖的含量為40vol%，厚度為20 mm的吸波石膏板，炭黑含量為2%時，在2~18GHz范圍內(nèi)反射率最小值達(dá)到-20dB；炭黑含量為3%時，在2~2.5、5~6GHz以及8~18GHz范圍內(nèi)反射率均小于-10dB，吸波頻寬達(dá)到11.5GHz。具有低介電常

3、數(shù)的膨脹珍珠巖對電磁參數(shù)的調(diào)節(jié)，有效地改善了石膏板與自由空間的波阻抗匹配；被復(fù)合基體材料包裹的膨脹珍珠巖顆粒對電磁波的散射以及多次反射作用在一定程度上增強(qiáng)了石膏板的電磁波損耗能力。
　　炭黑為吸波劑礦棉板具有優(yōu)異的吸波性能。礦棉板的多孔隙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)與自由空間的阻抗匹配；炭黑在礦棉板中不連續(xù)分布形成的非連續(xù)導(dǎo)電團(tuán)聚體，以及表面附著有炭黑顆粒的礦棉纖維對電磁波的散射和多次反射作用，在礦棉板對電磁波的吸收衰減中發(fā)揮重要作用。雙

4、層結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以明顯改善礦棉板的吸波性能。實驗結(jié)果表明：炭黑含量為2%，20mm厚的單層結(jié)構(gòu)礦棉板，在2-4、7.6-11GHz以及13-18GHz頻率范圍內(nèi)反射率小于-10dB，最低反射率值達(dá)-20.8dB。匹配層炭黑含量為1%，吸收層炭黑含量為5%，20mm厚雙層結(jié)構(gòu)礦棉板的吸波性能，在整個2~18GHz范圍內(nèi)均小于-10dB。
　　通過石膏板和礦棉板吸波性能及電磁波損耗機(jī)制的比較發(fā)現(xiàn)，礦棉材料的非導(dǎo)電纖維結(jié)構(gòu)更有利于電磁波的