【摘 要】
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随着无线技术的快速发展,对人类生活环境有害的电磁波污染急剧增加。人们越来越关注电磁波辐射对公众健康的风险和影响。因此,为了解决日益严重的电磁辐射污染问题,本文基于复合材料设计原理和电磁波传播理论,设计并制备了石墨烯/二维过渡金属碳化物（r GO/MXene）和钴铁合金/多孔碳@碳纳米管（Co Fe/PC@CNTs）两种高性能电磁吸波复合材料,并对其微观及性能进行了系统的研究和分析。最后分别以r G
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随着无线技术的快速发展,对人类生活环境有害的电磁波污染急剧增加。人们越来越关注电磁波辐射对公众健康的风险和影响。因此,为了解决日益严重的电磁辐射污染问题,本文基于复合材料设计原理和电磁波传播理论,设计并制备了石墨烯/二维过渡金属碳化物（r GO/MXene）和钴铁合金/多孔碳@碳纳米管（Co Fe/PC@CNTs）两种高性能电磁吸波复合材料,并对其微观及性能进行了系统的研究和分析。最后分别以r GO/MXene和Co Fe/PC@CNTs纳米复合材料为吸波剂,环氧树脂为成膜材料制备了水泥基复合吸波涂层（EC,EM）,探究复合材料对涂层拉伸性能、拉拔性能、吸水性能和电磁吸波性能的影响。论文的主要研究工作如下:（1）通过简便的方法成功制备了一种高孔隙结构的三维（3D）多孔r GO/MXene气凝胶复合材料。对所制备r GO/MXene气凝胶复合材料进行电磁吸波性能测试。测试结果表明,制备的r GO/MXene气凝胶复合材料表现出了优异的电磁波吸收性能。在本实验研究范围内,r GO/MXene-1:0.5气凝胶复合材料在材料厚度为1.80 mm时的最小反射损耗（Reflection Loss,RL）值为-74.01 d B,有效吸收带宽为4.75 GHz。当厚度为1.87 mm时,有效吸收带宽达到了4.96 GHz。r GO/MXene气凝胶复合材料的电磁波吸收机理主要表现在其独特的三维层状多孔结构为电磁波的多重散射和反射提供了更多的传输路径,有利于电磁波的损耗。同时,电磁波在r GO/MXene气凝胶复合材料内部进行了介电损耗,极化损耗等多种不同形式的损耗,加强了复合材料对电磁波的损耗能力。（2）制备了一种独特双导电异质结构的Co Fe/PC@CNTs纳米复合材料。通过对其进行电磁性能测试发现,在本试验研究范围内,与其他纳米复合材料相比,S3(CO2+:Fe2+=1:1)在13.69 GHz和11.07 GHz的最低RL值分别达到-68.94 d B和-67.18 d B,匹配厚度分别为2.63 mm和3.65 mm。在厚度为2.63 mm时,S3的有效吸收带宽值达到了9.14 GHz。双导电异质结构Co Fe/PC@CNTs纳米复合材料的电磁波吸收机理主要表现:介质损耗和磁损耗的协同效应为纳米复合材料带来了良好的阻抗匹配,使更多的电磁波可以进入材料内部消散。同时,电磁波在吸波材料内部进行了介电损耗、磁损耗、碳骨架缺陷引起的多重极化弛豫过程以及Co Fe@PC、PC@CNTs和Co Fe@CNTs之间的界面极化等多种形式的损耗。（3）采用物理搅拌法分别设计并制备了r GO/MXene和Co Fe/PC@CNTs纳米复合材料改性环氧树脂作为水泥砂浆表面涂层（EC,EM）。研究结果表明,制备的改性环氧树脂涂层具有较优异的拉伸性能,水泥基体的界面结合能力,防水性能。采用弓形法对所制备的改性涂层水泥基试件进行反射率测试。测试结果表明,纳米复合材料的加入对环氧树脂涂层电磁波吸收性能的提高有至关重要的作用。在本试验的研究范围内,r GO/MXene改性环氧树脂涂层EC-3的水泥基试件吸波性能最好,最低反射率为-30.83 d B（8.88 GHz）,比纯环氧树脂涂层EC-0的吸波反射率低46.04%。有效吸收带宽可达7.28 GHz。Co Fe/PC@CNTs纳米复合材料改性环氧树脂涂层EM-1在6.96 GHz频率处的最低反射率为-26.45 d B,有效吸收带宽为5.38GHz,小于-5 d B的频带宽为11.44 GHz。EM-3涂层试样虽然没有表现出优异的吸收峰值,但表现出了优异的吸收带宽,其有效吸收带宽达到了6.48 GHz,小于-5 d B的吸收频带宽为12.01 GHz。本论文研究工作中所设计制备的3D多孔r GO/MXene气凝胶复合材料和双导电异质结构Co Fe/PC@CNTs纳米复合材料,在满足制备过程简单和安全的同时,表现出了较强的电磁波吸收峰值以及较宽的有效吸收带宽,可以基本满足电磁吸波材料实现“轻、薄、宽、强”的目标。同时,制备的改性环氧树脂吸波涂层（EC,EM）在满足环氧树脂力学性能的基础上赋予其优异的电磁波吸收性能,对建筑物及精密仪器设备的电磁防护具有突出的效果。因此,本文研究结果对解决周围环境日益严重的电磁辐射污染,改善电磁环境以及对建筑工程电磁防护能力具有重要的意义。
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