二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,指导老师：崔素萍教授报告人：王 林北京工业大学材料学院,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,一、研究背景,随着我国经济的发展以及国民生活水平的提高，各种现代化的电子设备开始普及。 一方面，大大改善了人们的生活条件 另一方面，给人们的身体和生活带来了严重的危害 民用方面：影响广播电视、电子仪表的正常运转 在军事上：泄露机密信息，暴露指挥所,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,我国水泥材料资源丰富、适应性强、耐久性好，是工 程建设中最主要的建筑材料。通过改善水泥的性能将其应用在建筑物上进行电磁波的防护，无疑是一种既高效又廉价的方式 吸波材料在民用方面研究的较少，国家“十一五”计划提出的建筑室内辐射污染控制与改善关键技术研究的议题，主要是解决民用方面防辐射的问题,发展现状,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,结果要求在25GHz频段内，中心吸收量达到-5-7dB试验内容以水泥砂浆作为基体，以二氧化锰作为填充料，制备二氧化锰-水泥基复合材料。本文探讨了在28GHz频率范围内把二氧化锰添加到水泥砂浆中制成水泥基复合材料的吸波性能，以及二氧化锰的用量、制备工艺及材料厚度对水泥基复合材料性能影响，并探讨了二氧化锰对水泥基复合材料的力学性能的影响,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,二、实验,2.1、原材料北京琉璃河水泥厂42.5普通硅酸盐水泥，比表面积350 m2/kg普通中砂(全部通过3.15mm筛)北京高丽工贸有限公司制备的MnO2，粒度为600 nm。,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,2.2、配合比设计,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,2.3试样制备过程,称料,干混,加 水,搅拌,注入试模,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,3 结果与分析,3.1 制备工艺对试样反射率的影响,制备工艺对复合材料中二氧化锰的分散状态有着直接的影响，而二氧化锰的分散状态又决定了和材料的吸波性能。因而有必要对二氧化锰的添加方式对吸波性能的影响进行研究实验选用二氧化锰先与水泥混合再与石英砂混合，以及先与石英砂混合再与水泥混合制备复合材料的两种方式，进而测试其吸波性能进行对比,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,图1 制备工艺对试样反射率的影响,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,从图1可看出：两个试样在38GHz频率范围内的反射率差别不太大，而在小于3GHz频率范围内，5#的反射率明显低于二氧化锰先与石英砂进行混合的试样9#，并且在4.2GHz处复合材料还有一个不太显著的吸收峰，这就表明二氧化锰的显著吸波频段是在较低的频段下(5GHz).二氧化锰的粒度较小MnO2的比表面积较大在电磁场辐射下原子、电子运动加剧,促使磁化,使电磁能转化为热能,从而增加了对电磁波的吸收性能,现象：,原因分析：,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,3.2二氧化锰掺量对吸波性能的影响,图2 MnO2的掺量对试样反射率的影响,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,由图2可以看出：在28GHz频率范围内，随着MnO2掺量的增大，复合材料的吸收峰值逐步向低频移动，但其中心吸收量却不是越来越低，在掺量为20%时复合材料的吸波性在整个波段的表现最好，因而二氧化锰的渗滤阈值在20%左右（1）MnO2在砂浆中的分散影响（2）MnO2存在部分团聚，在与水泥混合后混合料的均匀性与流动性较差 （3）MnO2用量增加到30wt%和40wt%时，由于电磁波传播的自由空间本性波阻抗与复合材料本性波阻抗的不匹配引起电磁波发生较强的界面反射,现象：,原因分析：,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,3.3水泥基复合材料厚度对其反射率的影响,图3 试样厚度对反射率的影响,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,现象：,原因分析：,厚度为10mm的5#样品在低频下的反射率明显比厚度为15mm和20mm的7#、8#样品的反射率要小，5#样品的最小反射率为-11.6dB,材料的吸波性能不仅与其磁导率和介电常数等参数有关，而且还与材料的厚度有关，每种试样都有一个最佳匹配厚度；由材料吸收率表达式为 。由于厚底增加，7#和8#样品的磁导率和介电常数发生变化，加之复合材料阻抗与自由空间本性波阻抗不匹配，导致其反射率增加，其中心吸收量变大。因而，可以看出，在掺量为30wt%时，其匹配厚度应在10mm左右,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,3.4二氧化锰掺量对水泥基复合材料力学性能的影响,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,现象：,原因分析：,当MnO2的掺量为10wt%时，试样的3d、7d和28d的抗压强度和抗折强度比其他掺量的试样要高掺量为20wt%试样的抗折强度与空白样的相差不多，但其抗压强度有所下降。随着掺量的逐步增加，其强度也随着下降,MnO2粒度较小，很好的填充了胶砂中的缝隙与孔洞，使复合材料更加密实Ca(OH)2在MnO2表面能够形成键合，并生成CHS凝胶，促进了其强度的提高。而随着MnO2掺量的增加，强度出现了不同程度的下降，是因为分散效果的降低,使MnO2不能均匀的分散在复合材料中，出现了团聚的现象出现较大的孔洞和缝隙,二氧化锰水泥基复合材料的制备与性能,结束语 （1）MnO2是一种在低频下较好的吸波剂，其吸波显著的波段在5GHz以下，并且具有一个极限用量值；在MnO2同一掺量下，存在一个极限厚度（2）在小于5GHz的频段范围内，掺量为20wt%的3#样品基本均小于-5dB，在2.06GHz处，吸收量达到-21.75dB，并且其小于-5dB的吸波频段还将向小于2GHz的低频段延伸（3）掺量为20wt%的吸波性能较优异的3#样品，与标准胶砂相比其力学强度并没有受到较大的影响，为民用电磁防护提供了一种新型的吸波材料，同时也为水泥基复合材料提供了一条多功能化的方向,Thank You !,