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中国建材总院水泥新材院环境健康材料研究团队在《Construction and Building Materials》发表了题为“Research and simulation of electromagnetic wave absorbing performance for lightweight cement-based materials containing expanded polystyrene with different particle sizes and carbon black” (不同粒径发泡聚苯乙烯颗粒和炭黑轻质水泥基材料的电磁波吸收性能研究和仿真)的论文。
↓论文链接↓
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061824016374?via%3Dihub
发泡聚苯乙烯（EPS）具有较低介电常数，可作为透波骨料，构建多孔结构水泥基吸波材料以改善其阻抗匹配特性。回收利用废弃EPS制备新型水泥基吸波材料是对抗电磁辐射污染和治理“白色污染”的有效途径，顺应绿色发展理念。EPS对水泥基材料吸波性能的调控规律与作用机制需深入探索。
为此，环境健康材料研究团队探讨了EPS粒径和纳米碳粉吸波剂对水泥基材料吸波性能的影响规律，基于有限元法分析了电磁波在材料内部的传播过程，研究取得的成果如下：
研究成果：
1. 无论单层结构还是多层结构，增大EPS粒径均能有利于水泥基材料低频吸波性能的提升，反射损耗峰向低频移动（图1）。
2. 基于有限元法的仿真结果表明，弯曲的EPS界面改变了电磁波的传播方向，增强的电磁散射为电磁波在水泥基材料中的损耗提供了更多机会（图2）。
3. 利用EPS开发的轻质水泥基吸波材料密度范围在850-900 kg/m³之间，抗压强度超过4MPa，可作为建筑围护结构材料实现电磁辐射防护（图3）。
图1 单层(a)和三层(b)EPS-CB/水泥基吸波材料的反射损耗
图2 (a）单个EPS球体的仿真模型，（b）仿真结果。等效TM波（c，d）和TE波（e，f）的电场模式（c，e）和电磁功率损耗密度（d，f）分布
图3 EPS轻质水泥基吸波材料的密度和抗压强度
主要创新点：
含EPS和纳米炭黑的轻质水泥基吸波材料内部损耗主要来自炭黑/水泥复合基体本身的固有损耗和EPS散射引起的损耗，这一发现强调了EPS作为一种透波材料在引导电磁波传输和增强材料吸波性能方面的有效性。EPS颗粒的引入不仅可以优化阻抗匹配特性，还可通过调节EPS颗粒尺度来调控有效吸波频带。此外，EPS粒径分级对于提高EPS用量来制备轻质水泥基材料具有重要意义。
环境健康材料研究团队：
中国建材总院环境健康功能材料研究团队，主要从事环境健康材料技术研发与标准研究工作，开拓发展了国内环境健康功能建材新行业，团队承担国家863计划、“十五”科技攻关、“十一五”和“十二五”科技支撑计划、“十三五”国家重点研发计划、国际科技创新合作、国家自然科学基金等各类科研课题20余项；获国家技术发明二等奖1项，华夏建设科学技术奖一等奖、建筑材料科学技术奖科技进步一等奖和技术发明一等奖、非金属矿科学技术奖科技进步一等奖、循环经济协会科学技术奖一等奖等省部级科技奖励15项；主持制订标准57部，授权发明专利50项，发表学术论文249余篇（SCI/EI收录100余篇），出版专著6部，培养硕士研究生22名，博士研究生11名。
