一种快速装配式电磁吸波板结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种快速装配式电磁吸波板结构及其制备方法。首先将电磁吸波剂加入水泥基材料中赋予其电磁吸收损耗功能，并通过“多层+超表面”结构设计达到灵活调控不同频段内高电磁吸波效能的目的。可有效提高电磁波传输距离，并结合多重反射折射、共振等作用提高电磁波损耗，表层凸起结构可为角锥型、尖劈型、圆锥型、正四棱柱型、圆柱型等，凸起高度15～30mm。在微波0.1～18GHz频段可根据结构表层凸起高度和下部分层数实现对电磁波吸收损耗的自由调控。将本发明专利技术结构制备成预制板，可对既有建筑结构达到快速应急防护的目的，具有施工周期短，吸波效果好，可拆卸修复等优点，解决了民用及工业等领域的快速电磁防护问题。及工业等领域的快速电磁防护问题。及工业等领域的快速电磁防护问题。

【技术实现步骤摘要】
一种快速装配式电磁吸波板结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于新型建筑电磁防护材料
，具体为一种快速装配式电磁吸波板结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代化技术的革新，电子、电器设备在通信、工业、广播、医疗、以及科研领域大量应用，电磁波在人类的生产生活中广泛出现，涉及到军事安全、通信安全、精密仪器准确度和人类身体健康等。解决电磁污染的常用技术手段有电磁屏蔽和电磁吸收。电磁屏蔽本质上是电磁辐射传输的屏障，并不能完全衰减或削弱电磁辐射能量，反射波可能造成二次电磁波污染。电磁吸收可以通过能量转换为热能或其他形式损耗，或干涉相消来显著降低或消除电磁辐射，是目前最有效的电磁污染防护技术。具体包括涂覆型和结构型吸波材料，而涂覆型吸波材料易受环境温度、湿度的变化和使用方式的不同造成使用寿命低、易脱落、易开裂、环境友好性差，并且其涂覆层的厚度和材质均匀性往往无法很好保证。结构型吸波材料很好的规避了涂覆型吸波材料的弊端，且经过合理地结构设计可较好达到宽频强吸收要求，并可满足较好的强度要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术基于现代电磁防护要求，提供一种快速装配式电磁吸波板结构及其制备方法。该结构为板状结构，能制成不同规格，可较容易在工厂实现批量化生产，可进行快速装配投入工作，可单独拆卸修复，在微波频率0.1～18GHz波段可根据板材结构的具体物理形状参数和吸波剂含量实现对反射损耗的自由调节。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种快速装配式电磁吸波板结构及其设计方法，其特征在于通过“该吸波板结构通过“多层+超表面”结构中表层凸起高度和基底层数等调整达到灵活调控不同频段高电磁损耗目的；“多层+超表面”结构为上下两部分结构：下部分为多层结构，整体厚度25～30mm，根据吸波剂含量进行分层浇筑，根据不同层阻抗梯度设计达到电磁波最优吸收的目的；上部分为超表面结构，通过设置不同形状单元形成表面凸起周期性结构，记为表层3D结构。
[0006]上部超表面单元结构形式具体可为角锥型、尖劈型、圆柱型、圆锥型、正四棱柱型等；上部超表面单元结构的高度为15～30mm。
[0007]优选地，角锥型结构顶角40
°
～50
°
；尖劈型结构顶角40
°
～50
°
，长为宽的两倍；圆柱型结构直径15～20mm；圆锥型结构顶角40
°
～50
°
，直径15～20mm；正四棱柱型边长15～20mm；表层3D结构材料配比与下部多层结构的首层相同，制作时表层3D结构与下部多层结构的首层同时浇筑。下部多层结构，可为3、4、5层，总厚度25～30mm，各层厚度相同，各层通过改变吸波剂浓度控制水泥基材料的电磁参数，实现自由空间与吸波材料、层与层之间的良好阻抗匹配。
[0008]本专利技术结构通过控制表层凸起高度，可提高对低频段电磁波的优化吸收，增加有
效吸波带宽。表层凸起高度15～20mm，在2.0～18.0GHz波段反射率可达
‑
10dB以下，平均反射率达
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30dB以下，最高反射率达
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45dB以下；凸起高度20～25mm，在1.0～18.0GHz波段反射率可达
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10dB以下，平均反射率达
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35.0dB以下，最高反射率达
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52dB以下；当表层凸起高度为25～30mm，在0.1～18.0GHz波段反射率均达到
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10dB以下，平均反射率达
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39dB以下，最高反射率达
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58dB以下。底部多层结构在相同厚度条件下层数越多吸波效果越好，最高反射率和平均反射率都相应提高。当表层凸起高度为25mm，下部多层结构层数为5层，在0.1GHz～18GHz波段反射率可达
‑
15dB以下。
[0009]所述多层结构为水泥基电磁吸波材料，吸波剂采用乙炔炭黑，具有高介电损耗能力，粒径30nm，掺量范围1％～3％，各层掺量根据层数进行梯度分配。例如三层时，各层吸波剂含量：1％～1.6％、1.7％～2.3％、2.4％～3％。五层时：1％～1.4％、1.4％～1.8％、1.8％～2.2％、2.2％～2.6％、2.6％～3％；阻抗匹配组分可选用发泡玻璃颗粒、发泡聚苯乙烯、膨胀珍珠岩等多孔材料改善吸波材料与自由空间的阻抗匹配。
[0010]所述电磁吸波板结构总厚度在40～60mm，长和宽根据运输和施工要求灵活调控，设置为800mm*800mm、900mm*900mm、400mm*1200mm、1000mm*1000mm等不同规格，方便预制及快速装配。
[0011]电磁吸波板结构通过倒模方式进行制备，需要首先制备上部超表面结构，再制备下部多层结构中各层结构，上部超表面结构与下部多层结构中首层结构材料相同，均具有良好阻抗匹配和一定电磁损耗特性。具体步骤是：
[0012]1)制备用于制备水泥砂浆的软硅胶模具，将软硅胶模具倒置，然后将搅拌均匀的水泥砂浆倒入软硅胶模具中，同时制备表面3D结构和多层结构的首层；
[0013]2)再在首层基础上进行分层浇筑，每层浇筑间隔时间一小时，各层浇筑完成后在震动台上震动1min消除气泡，然后刮平表面后进行下一层浇筑，即待上一层水泥达到初凝后进行下一层的浇筑；既保证了层间的平整度又保留了水泥较好的粘结能力；
[0014]3)24h后对步骤2)制备的结构进行拆模处理，拆模时需要保存凸起形式的完整，在20℃下养护28d。
[0015]与现有技术相比，本专利技术从材料的施工工艺和吸波机理上进行了改进创新，主要优点如下：
[0016]1)该快速装配式电磁吸波板结构为全新的板材形式设计，可在工厂按照不同规格进行批量化生产，在施工现场可较容易的进行快速装配投入使用，能够有效缩短施工周期，为迎合当代快速应急防护的实际应用需要。
[0017]2)吸波效果好。该专利技术提供的具有3D结构表面的多层水泥基吸波板，综合表层物理形状和基底阻抗梯度渐变实现吸波材料与自由空间的良好阻抗匹配，大幅度降低材料表面电磁波反射率使更多电磁波进入到吸波材料中被吸收损耗。多孔材料(阻抗匹配组分)的掺入，降低了水泥基材料的密度，也对阻抗匹配起到一定的调节作用，同时电磁波可在发泡玻璃颗粒之间或内部多次反射和折射，能够增强吸收损耗与干涉损耗作用。同时，入射电磁波通过在表层凸起结构之间多重反射和折射增加了电磁波的传输距离，能够显著增强干涉损耗作用，基底多层结构形成的多界面可以使更多反射波重叠叠加产生干涉相消，对电磁波的损耗也起到一定作用。
[0018]3)该专利技术可通过对表层凸起高度、水泥基底层数和吸波剂含量的梯度变化控制实
现对不同频段微波的优化吸收。凸起高度的增加，可使有效吸波带宽向低频拓展。表层凸起高度15～20mm，在2.0～18.0GHz波段反射率可达
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速装配式电磁吸波板结构，其特征在于：该吸波板结构通过“多层+超表面”结构中表层凸起高度和基底层数调整达到灵活调控不同频段高电磁损耗目的；“多层+超表面”结构为上下两部分结构：下部分为多层结构，整体厚度25～30mm，根据吸波剂含量进行分层浇筑，根据不同层阻抗梯度设计达到电磁波最优吸收的目的；上部分为超表面结构，通过设置不同形状单元形成表面凸起周期性结构，记为表层3D结构。2.如权利要求1所述的快速装配式电磁吸波板结构，其特征在于：上部超表面单元结构形式具体为角锥型、尖劈型、圆柱型、圆锥型或正四棱柱型；角锥型结构顶角40
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～50
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，高度为15～30mm；尖劈型结构顶角40
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～50
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，长为宽的两倍；圆柱型结构直径15～20mm；圆锥型结构顶角40
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～50
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，直径15～20mm；正四棱柱型边长15～20mm；表层3D结构的材料配比与下部多层结构的首层相同，制作时表层3D结构与下部多层结构的首层同时浇筑；下部多层结构各层厚度相同，各层通过改变吸波剂浓度控制水泥基材料的电磁参数，实现自由空间与吸波材料、层与层之间的良好阻抗匹配。3.如权利要求1所述的快速装配式电磁吸波板结构，其特征在于：下部多层结构的层数为3层、4层或5层，表层3D结构的凸起高度为15～20mm，在2.0～18.0GHz波段反射率达到
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10dB以下，平均反射率达
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30dB以下，最大反射损耗达
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45dB以下，具有3个强吸收峰；凸起高度为20～25mm，在1.0～18.0GHz波段反射率达
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10dB以下，平均反射率达
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35.0dB以下，最大反射损耗达达
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52dB以下；当表层3D结构的凸起高度为25～30mm，在0.1～18.0GHz波段反射率均达到
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘雄飞，王壮，王楠，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：