本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥。

背景技術(shù)：

水泥材料為多種內(nèi)含多種金屬氧化物的復合材料，其本身具有一定的吸波性能，但水泥材料對電磁波的吸收主要靠內(nèi)部氧化物的電磁損耗，吸波性能比較低。水泥基體中加入傳統(tǒng)吸波劑后，盡管可以提高水泥材料的吸波性能，但卻大大降低了與空間波阻抗的匹配程度，因此吸波性能提高程度不大。如果在水泥基體中加入透波顆粒，盡管透波材料的加入減少了吸波劑的含量，但卻可以明顯改善水泥復合材料的阻抗匹配，同時透波顆粒經(jīng)與水泥混合后，其表面會被包覆一層水泥層，也會對入射電磁波產(chǎn)生散射和反射作用。當透波顆粒的數(shù)目足夠多時，各個顆粒之間的多次反射和多次散射將對入射電磁波的衰減起到根重要的作用。同時在電磁波的多次散射過程中，水泥基體本身也會對電磁波產(chǎn)生一定的損耗，因此透波顆粒的加入有望大大提高水泥復合材料的吸波性能。

發(fā)泡聚苯乙烯(Expanded polystyrene，EPS)是一種種輕質(zhì)、內(nèi)含小連續(xù)氣孔的泡沫，具有密度低，吸水牢低，耐酸堿，保溫性好等一系列優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)及建筑業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應用。但將其應用于吸波材料領(lǐng)域，尚未見報導。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥，能夠使得傳統(tǒng)水泥的吸波性能大大提高。

本發(fā)明的在先發(fā)明中，采用在水泥中摻雜發(fā)泡聚苯乙烯，來提高硅酸鹽水泥的吸波性能，但盡管其在某系頻段可以達到很好的吸波效果，但其在8-18GHz的微波頻段內(nèi)，很難全頻段達到-10dB的吸收，因此本發(fā)明對其進行了改進，以使其全頻段具備更高的吸收。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥，包括石墨烯/四氧化三鐵復合粉體、發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，所述石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥中，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為40-70vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為2-6mm，石墨烯/四氧化三鐵復合粉體的體積含量為2-5％，石墨烯：四氧化三鐵質(zhì)量比為2：1-1：2。

優(yōu)選的，所述發(fā)泡聚苯乙烯經(jīng)過表面改性，改性方法如下：

(1)將EPS表面用無機溶劑進行清洗，使EPS顆粒表面微溶；

(2)高分子粘結(jié)劑PVA用水稀釋，攪拌均勻后倒入清洗過的EPS顆粒和偶聯(lián)劑；

(3)浸漬晾干后得到所述表面改性的發(fā)泡聚苯乙烯。

所述石墨烯/四氧化三鐵粉體制備方法如下：

(1)在冰浴條件下，機械攪拌條件下，在98％濃硫酸中加入鱗片石墨粉，再加入占石墨粉50-80wt％的硝酸鈉，和占石墨粉2-4倍重量的高錳酸鉀，冰浴下反應30-120min；

(2)加熱至30-40℃恒溫4-5h，加入去離子水和雙氧水，攪拌1-3h，加入5％濃度的HCl離心洗滌直至無硫酸根離子，干燥后得到氧化石墨烯；

(3)將所述的氧化石墨烯分散到無水乙醇溶液中，超聲分散得到氧化石墨烯膠體溶液；

(4)將所述氧化石墨烯膠體溶液加熱到65-75℃，攪拌下加入質(zhì)量濃度為70-85％的水合肼，反應0.5-2小時后，按照石墨烯:四氧化三鐵質(zhì)量比為2:1～1:2的比例，加入四氧化三鐵粉末，混合均勻；

(5)離心分離并洗滌，真空干燥得到石墨烯/四氧化三鐵粉體。

由于EPS表面為憎水性，與無機硅酸鹽水泥相容性較差，而且EPS顆粒密度特別小，在與水泥混合攪拌過程中容易上浮，影響水泥漿體的均勻性，為了增強EPS顆粒與水泥漿體的親和性，需要對EPS表面進行預處理。傳統(tǒng)的方法是在EPS顆粒表面涂敷一層粘結(jié)劑，現(xiàn)有技術(shù)一般采用環(huán)氧乳膠或聚乙烯丙酸鹽，其在與EPS顆粒的混合過程中，可以使EPS顆粒表面處于一種粘著狀態(tài)，當加入水泥漿體后，可以在EPS顆粒表面形成一層水泥涂層，有助于EPS顆粒之間以及EPS顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)，但這種方法大大提高了EPS水泥復合材料的制作成本。

本發(fā)明采用了一種全新的處理工藝。首先將EPS表面用無機溶劑進行清洗，使EPS顆粒表面微溶。用高分子粘結(jié)劑PVA用水稀釋，攪拌均勻后倒入清洗過的EPS顆粒和偶聯(lián)劑。由于EPS顆粒表面的溶解使得其表面粗糙度增加，極大地增加了EPS顆粒的比表面積，在與粘結(jié)劑混合時，就大大增加了EPS顆粒與粘結(jié)劑之間的接觸界面面積，提高了兩者之間的粘結(jié)性能。

普通硅酸鹽水泥對電磁波的衰減主要是依靠水泥成分中的金屬氧化物及一些礦物材料的介電損耗和磁損耗，吸波性能比較低，而且水泥試樣比較致密，從而導致材料的輸入波阻抗與自由空間波阻抗不相匹配，材料的透波性能比較差。EPS顆粒介電常數(shù)比較低，可以作為一種良好的透波材料。它加入硅酸鹽水泥中后，可以調(diào)節(jié)水泥基復合材料的氣孔率和電磁參數(shù)，大大提高了復合材料阻抗與空間波阻抗的匹配程度。而且EPS顆粒經(jīng)表面處理后，與水泥漿體的相容性較好，在與水泥充分混合后其表面便會被包覆一層水泥層，可以散射部分電磁波，因此EPS填充水泥復合材料可以等效為一種閉孔吸波結(jié)構(gòu)。當入射電磁波進入復合材料內(nèi)部時，便會在各個顆粒之間發(fā)生多次反射和散射，從而提高材料對入射電磁波的損耗和吸收。

水泥中添加EPS顆粒后，試樣的吸波性能都得到提高。添加40vol％EPS時，反射損耗達到-7～-10dB，而且試樣的吸波性能隨頻率的增加而增大，當頻率達到17.7GHz時，試樣的反射損耗已達到-10.02dB；當EPS填充率達到60vol％后，吸波性能隨頻率的增加而持續(xù)增加，當頻率超過12GHZ以后，試樣的吸波性能都優(yōu)于-10dB，直到頻率達到18GHz時，吸渡性能達到-15.27dB，吸收優(yōu)于-10dB的帶寬為6.2GHz，當EPS填充量繼續(xù)增加至70％時，材料的吸披性能反而下降。

材料的吸波性能是材料透波性能和損耗性能的綜合，材料要具有良好的吸波性能，必須保證材料的透波性能達到一定的要求。當水泥基體中添加EPS顆粒后，改善了材料的透波性能，進入試樣內(nèi)部的電磁波在FPS顆粒表面經(jīng)多次反射和散射作用得到衰減，從而提高了水泥材料的吸波性能，當EPS填充水泥復合材料中添加部分石墨烯/四氧化三鐵復合粉體后，復合材料的透射系數(shù)減小，反射系數(shù)增大，但石墨烯/四氧化三鐵復合粉體的電損耗卻增加了入射電磁被在材料內(nèi)部的衰減，所以材料的吸波性能會得到部分提高。

在一定范圍內(nèi)隨石墨烯/四氧化三鐵復合粉體含量的增加而逐漸增大，即吸收系數(shù)首先有一個增大的過程。隨著石墨烯/四氧化三鐵復合粉體含量的進一步增加，復合材料的導電性能提高，使得材料的透波性能進一步降低，電磁波在試樣表面的反射現(xiàn)象增強，從而導致復合材料的吸波性能降低。

因此基于上述考慮，本發(fā)明中，將石墨烯/四氧化三鐵復合粉體在水泥中的體積含量設(shè)定為2-5％。

本發(fā)明在水泥中摻雜加入石墨烯/四氧化三鐵復合粉體和發(fā)泡聚苯乙烯，在8-18GHz的微波頻段內(nèi)，全頻段達到-14.2dB以上的吸收，使得水泥的吸波性能增強。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實施例1

一種石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥，包括石墨烯/四氧化三鐵復合粉體、發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，所述石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥中，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為40vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為2mm，石墨烯/四氧化三鐵復合粉體的體積含量為2％。

實施例2

一種石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥，包括石墨烯/四氧化三鐵復合粉體、發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，所述石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥中，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為70vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為6mm，石墨烯/四氧化三鐵復合粉體的體積含量為5％。

實施例3

一種石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥，包括石墨烯/四氧化三鐵復合粉體、發(fā)泡聚苯乙烯和硅酸鹽水泥，所述石墨烯/四氧化三鐵復合粉體改性的吸波水泥中，發(fā)泡聚苯乙烯的填充率為50vol％，發(fā)泡聚苯乙烯的顆粒直徑為4mm，石墨烯/四氧化三鐵復合粉體的體積含量為3％。

本發(fā)明實施例1-3中，水泥中摻雜加入石墨烯/四氧化三鐵復合粉體和發(fā)泡聚苯乙烯，在8-18GHz的微波頻段內(nèi)，全頻段達到-14.2dB以上的吸收，使得水泥的吸波性能增強。