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材料导报  2021, Vol. 35 Issue (12): 12020-12026    https://doi.org/10.11896/cldb.20030201
  无机非金属及其复合材料 |
三维立方周期阵列石膏基材料吸波性能仿真与实验研究
朱连诚1,2, 冀志江1,2, 解帅1,2, 张远1,2, 王静1,2, 张琎珺1,2, 李衎3, 李飞4
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司,北京 100024
2 绿色建筑材料国家重点实验室,北京 100024
3 中央军委机关事务管理总局第三保障处,北京 100120
4 中国人民解放军32378部队,北京 100072
Simulation and Experimental Study on Electromagnetic Wave Absorbing Properties of Gypsum-based Materials with 3D Cubic Periodic Arrays
ZHU Liancheng1,2, JI Zhijiang1,2, XIE Shuai1,2, ZHANG Yuan1,2, WANG Jing1,2, ZHANG Jinjun1,2, LI Kan3, LI Fei4
1 China Building Materials Academy, Beijing 100024, China
2 State Key Laboratory of Green Building Materials, Beijing 100024, China
3 The Third Security Division of the General Administration of Organ Affairs of the Central Military Commission, Beijing 100120, China
4 PLA 32378 Troops, Beijing 100072, China
下载:  全 文 ( PDF ) ( 5897KB ) 
输出:  BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 基于三维立方周期阵列结构,以乙炔炭黑为吸波剂,设计了一种具有宽频特性的石膏基吸波材料。HFSS(High frequency structure simulator)仿真结果显示,三维周期阵列单元的边长、高度、基层厚度及炭黑质量分数会对材料的吸波性能及有效频段产生显著影响。试验结果显示,对于周期阵列单元边长为10 mm、高度为5 mm、基层厚度为10 mm、炭黑含量为2%的试样,其在4.2~18 GHz范围内的反射率低于-10 dB,有效频带宽度可达13.8 GHz以上。试验结果与仿真结果具有较高的吻合度。该材料的电磁波损耗主要来自于乙炔炭黑的电阻损耗和三维周期阵列的结构效应。
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朱连诚
冀志江
解帅
张远
王静
张琎珺
李衎
李飞
关键词:  三维周期阵列  石膏基材料  吸波  宽频    
Abstract: Gypsum based electromagnetic wave absorbing material with broadband characteristics was designed, based on the 3D cubic periodic array structure, and acetylene carbon black (CB) was used as the absorbing agent. HFSS simulation results show that the wave absorbing property and effective band can be influenced significantly by the edge length, height of the 3D periodic array cells, the thickness of basic layer, and mass fraction of CB. The experimental results indicate that when the periodic array cell edge length and height is 10 mm and 5mm, basic la-yer thickness is 10mm, and CB mass fraction is 2%, the bandwidth for -10 dB of the sample reaches 13.8 GHz in the frequency range of 4.2—18 GHz. And the simulation results are verified by experimental results. The electromagnetic attenuation of this material can be mainly attributed to the electrical resistance loss of CB and the structural effects of 3D periodic arrays.
Key words:  3D periodic array    gypsum-based materials    wave absorbing    broadband
               出版日期:  2021-06-25      发布日期:  2021-07-01
ZTFLH:  TB34  
基金资助: 绿色建筑材料国家重点实验室预研探索项目 (ZA-4)
通讯作者:  jzj1964@sina.com   
作者简介:  朱连诚,2017年6月毕业于北京科技大学,获得工学学士学位。现为中国建筑材料科学研究总院绿色建材国家重点实验室硕士研究生,在冀志江教授的指导下进行研究。目前主要从事电磁防护建材领域的研究。
冀志江,教授级高工,博士研究生导师。2003年博士毕业于中国建筑材料科学研究总院,现任总院环境材料科学与工程研究所所长,绿色建材国家重点实验室学术带头人。兼任“环境友好与有益健康建筑材料标准化技术委员会”主任委员,中国硅酸盐学会房建材料分会秘书长。主持和参与国家863计划、“十五”攻关课题、“十一五”、“十二五”、“十三五”科技支撑项目、国家自然科学基金,以及北京市自然科学基金等课题。获北京市科技进步二等奖1项,国家科技发明二等奖1项,中国人民解放军科技进步三等奖1项,循环经济协会科技进步、建设系统华夏建设、建材行业和非金属矿行业科技进步一等奖各1项,共4项。提出与制订国家与行业标准30多项,申报批准国家发明专利60多项。发表学术论文200余篇,论著5部。主要研究方向为调节湿度、相变蓄热调温、电磁防护、抗菌防霉和化学污染控制材料与技术等。
引用本文:    
朱连诚, 冀志江, 解帅, 张远, 王静, 张琎珺, 李衎, 李飞. 三维立方周期阵列石膏基材料吸波性能仿真与实验研究[J]. 材料导报, 2021, 35(12): 12020-12026.
ZHU Liancheng, JI Zhijiang, XIE Shuai, ZHANG Yuan, WANG Jing, ZHANG Jinjun, LI Kan, LI Fei. Simulation and Experimental Study on Electromagnetic Wave Absorbing Properties of Gypsum-based Materials with 3D Cubic Periodic Arrays. Materials Reports, 2021, 35(12): 12020-12026.
链接本文:  
http://www.mater-rep.com/CN/10.11896/cldb.20030201  或          http://www.mater-rep.com/CN/Y2021/V35/I12/12020
1 Tang Z B, Gan Y. Resources Economization & Environment Protection, 2019 (4), 106(in Chinese).
唐振波, 干叶. 资源节约与环保, 2019 (4), 106.
2 Dai Y S, Ye L, Yan F G, et al. Occupation and Health, 2016, 32 (6), 851(in Chinese).
戴银所, 叶立, 闫凤国, 等. 职业与健康, 2016, 32 (6), 851.
3 He L, Wang P Q, Tan D J. New Building Material, 2016, 43 (1), 1(in Chinese).
何亮, 王鹏起, 谭丹君. 新型建筑材料, 2016, 43 (1), 1.
4 Dai Y S, Wang M Y, Wang Yuan. et al. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2015, 34 (4), 1026(in Chinese).
戴银所, 王明洋, 王源, 等. 硅酸盐通报, 2015, 34 (4), 1026.
5 Zang X Z, Sun W. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2010, 38 (4), 590 (in Chinese).
张秀芝, 孙伟. 硅酸盐学报, 2010, 38 (4), 590.
6 He Y J, Lu L N, Sun K K, et al. Cement & Concrete Composites, 2018, 92, 1.
7 Sun S B, Huang S M, Jia Z Y, et al. Journal of Beijing University of Technology, 2018, 44 (4), 611(in Chinese).
孙诗兵, 黄石明, 贾治勇, 等. 北京工业大学学报, 2018, 44(4), 611.
8 Liang L M, Yu H F, Wu Q L, et al. Journal of Building Materials, 2010, 13 (2), 165(in Chinese).
梁丽敏, 余红发, 吴庆令, 等. 建筑材料学报, 2010, 13 (2), 165.
9 Zhang X Z, Zhang G D, Zhou Z L, et al. Jorunal of Functional Mate-rials, 2016, 47 (6), 6113(in Chinese).
张秀芝, 张国栋, 周志亮, 等. 功能材料, 2016, 47 (6), 6113.
10 Xie S, Ji Z J, Yang Y, et al. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2015, 43 (4), 526(in Chinese).
解帅, 冀志江, 杨洋, 等. 硅酸盐学报, 2015, 43 (4), 526.
11 Ji Z J, Xie S, Yang Y, et al. Journal of Building Materials, 2016, 19 (1), 185(in Chinese).
冀志江, 解帅, 杨洋, 等. 建筑材料学报, 2016, 19 (1), 185.
12 Wang J, Sun Y J, Ji X S, et al. Acta Photonica Sinica, 2018, 47 (3), 14(in Chinese).
王君, 孙艳军, 纪雪松, 等. 光子学报, 2018, 47 (3), 14.
13 Zhang Z K, Wang D H, Zhang H, et al. Safety & EMC, 2017 (1), 48(in Chinese).
张泽奎, 王东红, 张晗, 等. 安全与电磁兼容, 2017 (1), 48.
14 Ren Z B, Sun Y H, Lin Z H, et al. Optical Materials, 2018 (89), 308.
15 Li S M, Jiang S C, Wang Y L, et al. Journal of Materials Engineering, 2017, 45 (11), 10(in Chinese).
礼嵩明, 蒋诗才, 望咏林, 等. 材料工程, 2017, 45 (11), 10.
16 Rance O, Lepage A C, Begaud X, et al. Applies Physics A, 2019 (125), 358.
17 Zhou Q, Yin X W, Ye F, et al. Materials & Design, 2017, 123, 46.
18 Duan Y P, Liu S H, Wang G Q, et al. Jorunal of Functional Materials, 2007 (2), 227(in Chinese).
段玉平, 刘顺华, 王桂芹, 等. 功能材料, 2007 (2), 227.
19 Han C X, Shen W T, Gan Y L, et al. Bulletin of The Chinese Ceramic Society, 2017,36 (8), 2583(in Chinese).
韩彩霞, 沈文婷, 甘延玲, 等. 硅酸盐通报, 2017, 36 (8), 2583.
20 Tan D J, He L, Wang Y, et al. Constr Wall Innov & Build Energy-Sa-ving, 2016 (2), 45(in Chinese).
谭丹君,何亮,王莹, 等. 墙材革新与建筑节能,2016 (2),45.
21 Xie S, Ji Z J, Yang Y, et al. Composite Structures. 2017,180, 513.
22 Nanni F, Travaglia P, Valentini M. ComposIte Science and Technology, 2009, 69, 485.
23 Zhao Q X, Zhang J R, Zhao R R. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2011, 39(12), 2013(in Chinese).
赵庆新, 张津瑞, 赵冉冉. 硅酸盐学报, 2011, 39(12), 2013.
24 Zhang X H, He X Y, Liang J J, et al.Materials Reports, 2002, 16(7), 76(in Chinese).
张兴华, 何显运, 梁健军, 等. 材料导报,2002, 16(7), 76.
25 Li W C, Li C S, Lin L H, et al. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 781, 883.
26 Xiong Y J, Wang Y, Wang Q, et al. Acta Physica Sinica, 2018, 67 (8), 106(in Chinese).
熊益军, 王岩, 王强, 等. 物理学报, 2018, 67 (8), 106.
[1] 贾琨, 王喆, 王蓬, 王东红, 马晨, 刘伟. 导热吸波材料的研究进展及未来发展方向[J]. 材料导报, 2021, 35(9): 9133-9139.
[2] 孙磊, 孙俊, 高晓梅, 杨彪, 张晶, 周瑶. 基于超材料的微波宽带完美吸波体设计[J]. 材料导报, 2021, 35(12): 12014-12019.
[3] 曹敏, 邓雨希, 全鹏, 徐康, 杨喜, 李贤军. 木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料的制备与性能表征[J]. 材料导报, 2021, 35(10): 10029-10035.
[4] 朱若星, 赵廷凯, 折胜飞, 李铁虎. 螺旋型非晶态碳纳米管/双马来酰亚胺树脂(HACNT/BMI)复合材料的制备及吸波机理[J]. 材料导报, 2021, 35(10): 10216-10220.
[5] 刘凡, 赵晓明. 聚噻吩及其衍生物PEDOT在吸波领域的应用现状[J]. 材料导报, 2020, 34(Z1): 507-510.
[6] 孔静, 高鸿, 李岩, 王向轲, 张静静, 何端鹏, 吴冰, 邢焰. 电磁屏蔽机理及轻质宽频吸波材料的研究进展[J]. 材料导报, 2020, 34(9): 9055-9063.
[7] 杨振楠, 刘芳, 李朝龙, 郑超, 曾有福, 郑鑫, 罗梅, 史浩飞. 核壳结构电磁波吸收材料研究进展[J]. 材料导报, 2020, 34(7): 7061-7070.
[8] 金丹, 王欢, 杜雨果. 磁控原位聚合铁硅铬/聚苯胺复合材料吸波性能研究[J]. 材料导报, 2020, 34(24): 24150-24154.
[9] 李泽, 赵芳, 王建江, 高海涛. PVP表面修饰羰基铁/CoFe2O4核壳纳米结构的制备及低频吸波机理[J]. 材料导报, 2020, 34(14): 14027-14033.
[10] 赵鹏飞, 耿浩然, 范浩军, 许伟建, 廖禄生, 彭政. 二硫化钼/碳纳米管/丁苯橡胶吸波材料的结构与性能[J]. 材料导报, 2020, 34(14): 14204-14208.
[11] 周影影, 周万城, 叶梦元, 谢辉. 制备时间对CIPs/Fe3O4吸波性能的影响[J]. 材料导报, 2020, 34(10): 10008-10012.
[12] 张春旋, 李艳辉, 李亚楠, 张伟. 铁基FeSiBPCu纳米晶软磁合金粉体的制备及电磁波吸收性能[J]. 材料导报, 2020, 34(10): 10076-10081.
[13] 李贺, 陈开斌, 罗英涛, 孙丽贞, 杜娟. 纳米碳基复合吸波材料吸波机理及性能研究进展[J]. 材料导报, 2019, 33(Z2): 73-77.
[14] 孙明娟, 刘光烜, 张淑媛, 李雪. 耐腐蚀吸波超材料的制备及应用[J]. 材料导报, 2019, 33(Z2): 613-616.
[15] 贾琨, 王东红, 李克训, 谷建宇, 刘伟. 石墨烯复合吸波材料的研究进展及未来发展方向[J]. 材料导报, 2019, 33(5): 805-811.
[1] Yunzi LIU,Wei ZHANG,Zhanyong SONG. Technological Advances in Preparation and Posterior Treatment of Metal Nanoparticles-based Conductive Inks[J]. Materials Reports, 2018, 32(3): 391 -397 .
[2] Haoqi HU,Cheng XU,Lijing YANG,Henghua ZHANG,Zhenlun SONG. Recent Advances in the Research of High-strength and High-conductivity CuCrZr Alloy[J]. Materials Reports, 2018, 32(3): 453 -460 .
[3] Tao YAN,Guimin LIU,Shuo ZHU,Linfei DU,Yang HUI. Current Research Status of Electromagnetic Rail Materials Surface Failure and Strengthen Technology[J]. Materials Reports, 2018, 32(1): 135 -140 .
[4] Guiqin HOU,Yunkai LI,Xiaoyan WANG. Research Progress of Zinc Ferrite as Photocatalyst[J]. Materials Reports, 2018, 32(1): 51 -57 .
[5] Dingfa FU,Yu LENG,Wenli GAO. Effect of Microalloying Element Niobium on the Strength and Toughness of Low Carbon Cast Steels[J]. Materials Reports, 2018, 32(2): 237 -242 .
[6] YU Yan, MA Fengsen, LU Jiajun, CHEN Haibo. In Vitro Cytotoxicity Evaluation of Cellulose Absorbable Hemostatic Materials[J]. Materials Reports, 2018, 32(6): 874 -880 .
[7] SHI Yuanji, WU Xiaochun, MIN Na. Thermal Stability Mechanism of Fe-Cr-Mo-W-V Hot Working Die Steel[J]. Materials Reports, 2018, 32(6): 930 -936 .
[8] BAI Yuanrui, MA Jianzhong, LIU Junli, BAO Yan, CUI Wanzhao, HU Tiancun, WU Duoduo. Construction of Silver Film by Colloidal Crystal Template and Its Micro-discharge Inhibition Performance[J]. Materials Reports, 2018, 32(4): 515 -519 .
[9] LI Yong, ZHU Jing, WANG Ying, LI Huan, ZHAO Yaru. Formation Mechanism of Band Structure in Directionally Solidified Cu-0.33Cr-0.1Ti Hypoeutectic Alloy[J]. Materials Reports, 2018, 32(4): 602 -605 .
[10] LI Hui, CHEN Jiayong, DUAN Xiaoge, JIANG Haitao. Stability and TRIP Effect of Retained Austenite of Medium Manganese Q&P Steel[J]. Materials Reports, 2018, 32(4): 611 -615 .
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