一种基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体的，涉及一种基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料及其制备方法。
背景技术
随着信息时代的到来，电磁辐射在医疗、工业和通信行业中的应用日益广泛，电磁辐射对人类健康造成的影响已经引起广泛关注。对长期工作在电磁辐射环境中的职业人员以及长期生活在电磁辐射环境中的公众，物理防护是最为直接有效地电磁辐射防护方式。其中，采用电磁辐射吸收材料构建的建筑设施，能够有效地对在其内工作或生活的人员进行保护。但现有的建筑用电磁辐射吸收材料造价普遍较高，严重限制了其使用的广泛性和灵活性。此外，现有建筑用电磁辐射吸收材料制备方法工艺复杂，施工和养护技术难度较大。
因此，关于建筑用电磁辐射吸收材料及其制备方法有待探索。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料，该材料可有效吸收电磁辐射，应用领域广泛，成本低，或便于施工和养护。本发明的另一个目的在于提出一种上述基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的制备方法，该方法工艺简单，易于实施。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料。根据本发明的实施例，所述基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料包括：凝胶材料；瓷石颗粒，所述瓷石颗粒分散在所述凝胶材料中；吸波剂，所述吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上。由此，凝胶材料可以有效保证该建筑用电磁辐射吸收材料的力学性能；磁石颗粒不仅能够改善该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的电磁阻抗匹配，减少电磁波在该材料表面的反射，从而提升其对电磁波的吸收能力，而且有助于电磁波在该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料内部的散射，从而进一步提升其对电磁波的衰减能力，并且能够为吸波剂提供附着表面；吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上，可以增加单位体积内吸波剂与电磁波的接触面积，进而更有效地实现对电磁波的吸收和衰减，以达到更佳的电磁吸收效果；此外，该建筑用材料便于制备，便于施工，将其涂覆在建筑上之后，也便于后期的养护。
根据本发明的实施例，所述凝胶材料选自硅酸盐水泥。
根据本发明的实施例，所述瓷石颗粒的粒径为0.5～2毫米。
根据本发明的实施例，所述吸波剂选自石墨、导电聚苯胺和碳纤维中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述吸波剂选自石墨。
根据本发明的实施例，所述吸波剂的粒度为200～400目。
根据本发明的实施例，所述凝胶材料、所述瓷石颗粒和所述吸波剂的体积比为(18～25):(55～60):(20～25)。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种前面所述的基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的制备方法。根据本发明的实施例，所述制备方法包括：S100：将吸波剂与瓷石颗粒均匀搅拌，以便将所述吸波剂附着在所述瓷石颗粒上；S200：将步骤S100中获得的产物与凝胶材料混合，以便得到混合粉末；S300：将所述混合粉末与水混合，以便得到所述建筑用电磁辐射吸收材料。由此，在上述制备方法中，通过S100步骤，吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上，可以增加单位体积内吸波剂与电磁波的接触面积，进而更有效地实现对电磁波的吸收和衰减，以达到更佳的电磁吸收效果。通过S200步骤，附着有吸波剂的瓷石颗粒分散在凝胶材料中，不仅能够改善该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的电磁阻抗匹配，减少电磁波在该材料表面的反射，从而提升其对电磁波的吸收能力，而且有助于电磁波在该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料内部的散射，从而进一步提升其对电磁波的衰减能力；而凝胶材料的加入可以保证该建筑用材料的力学性能。
根据本发明的实施例，水与所述混合粉末按照体积比为(30～35):(65～75)的比例混合。
根据本发明的实施例，将所述吸波剂与所述瓷石颗粒均匀搅拌的S200步骤包括：将所述吸波剂与所述瓷石颗粒在搅拌机中搅拌30～40分钟，其中，所述搅拌速率为100～200转/分钟。
附图说明
图1是本发明一个实施例中建筑用电磁辐射吸收材料的制备方法流程图。
图2是实施例1中电磁辐射吸收材料的电磁辐射吸收能效的测试结果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料(可简称为建筑用材料)。根据本发明的实施例，所述基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料包括：凝胶材料；瓷石颗粒，所述瓷石颗粒分散在所述凝胶材料中；吸波剂，所述吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上。由此，凝胶材料可以有效保证该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的力学性能；磁石颗粒不仅能够改善该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的电磁阻抗匹配，减少电磁波在该材料表面的反射，从而提升其对电磁波的吸收能力，而且有助于电磁波在该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料内部的散射，从而进一步提升其对电磁波的衰减能力，并且能够为吸波剂提供附着表面；吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上，可以增加单位体积内吸波剂与电磁波的接触面积，进而更有效地实现对电磁波的吸收和衰减，以达到更佳的电磁吸收效果；此外，该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料便于制备，便于施工，将其涂覆在建筑上之后，也便于后期的养护。
根据本发明的实施例，瓷石颗粒本身具有粗糙表面，吸波剂可以附着在瓷石颗粒的表面，本领域技术人员可以根据需求选择吸波剂附着在瓷石颗粒的部分表面上，或者附着在瓷石颗粒的整个表面上(即吸波剂包覆在瓷石颗粒的表面上)。
根据本发明的实施例，瓷石颗粒的粒径为0.5～2毫米，比如0.5毫米、0.8毫米、1.0毫米、1.2毫米、1.4毫米、1.6毫米、1.8毫米或2.0毫米。由此，不仅便于瓷石颗粒的均匀性分散，还可以保证瓷石颗粒的比表面积，进而保证该建筑用材料对电磁波的吸收和衰减能力；若瓷石颗粒的粒径大于2毫米，则相对会降低瓷石颗粒的比表面积，进而相对降低对电磁波的吸收和衰减作用。本领域技术人员可以理解，在制备该建筑用材料中使用的瓷石颗粒的粒径可以一致，也可以不一致，即瓷石颗粒的粒径在0.5～2毫米之间不等。
根据本发明的实施例，吸波剂选自石墨、导电聚苯胺和碳纤维中的至少一种，在本发明的一些实施例中，吸波剂选自石墨。由此，材料来源广泛，且对电磁波的吸收和衰减能力较强，而且还便于均匀地附着在瓷石颗粒的表面上，其中石墨对瓷石颗粒的附着效果更佳，对电磁波的吸收和衰减能力更强。
根据本发明的实施例，吸波剂的粒度为200～400目，比如200目、230目、250目、280目、300目、320目、350目、380目或400目。由此，不仅有利于吸波剂的均匀性分散，而且有利于吸波剂在瓷石颗粒表面上的附着；若粒度小于200目，则吸波剂的粒径较大，相对不利于在瓷石颗粒表面上的附着；若吸波剂的粒度大于400目，则吸波剂的粒径偏小，在制备工艺中吸波剂相对比较容易发生团聚，进而不利于对瓷石颗粒的附着。本领域技术人员可以理解，在制备该建筑用材料中使用的吸波剂的粒度可以一致，也可以不一致，即吸波剂的粒度在200～400目之间不等。
根据本发明的实施例，凝胶材料选自硅酸盐水泥。由此，硅酸盐水泥不仅易于购买或制备，而且可以有效保证该建筑用材料的力学性能。再者，硅酸盐水泥还可有效的将表面附着有吸波剂的、分散的瓷石颗粒粘结在一起，防止该建筑用材料涂覆在建筑上时瓷石颗粒发生脱落。
根据本发明的实施例，凝胶材料、瓷石颗粒和吸波剂的体积比为(18～25):(55～60)：(20～25)，比如18:55:20、4:11:4、1:3:1、5:12:5等。由此，凝胶材料的比例足以保证该建筑用材料的力学性能，并很好的将瓷石颗粒粘结在一起，防止使用过程中瓷石颗粒发生脱落。可以理解的是，凝胶材料用量过大，相应会减少瓷石颗粒及吸波剂的比例，不利于材该建筑用料对电磁波的吸收；凝胶材料用量过小，该建筑用材料的力学性能会受到影响，且将无法粘合其他组分。瓷石颗粒既能改善该建筑用材料吸收电磁波的能力，又为吸波剂提供了附着的基础，其中，瓷石颗粒用量过大，相应会减少凝胶材料和吸波剂的比例，降低该建筑用材料力学性能或吸收电磁波的能力；瓷石颗粒用量过小，材料电磁阻抗较大，且电磁波在颗粒间的散射衰减减弱，不利于该建筑用材料对电磁波的吸收。吸波剂可以附着在瓷石颗粒的大部分表面上或者附着在瓷石颗粒的整个表面上，能够有效提升对电磁波的吸收能力。吸波剂用量过少，瓷石颗粒不能被吸波剂附着的表面积较大，不利于对电磁波的吸收；若吸波剂的用量过大，可在材料中形成导电网络，使材料表面电阻率降低，涡流损耗增大，导致电磁波在该建筑用材料表面被反射，同样不利于对电磁波的吸收。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种前面所述的建筑用电磁辐射吸收材料的制备方法。根据本发明的实施例，参照图1，制备建筑用电磁辐射吸收材料的方法包括：
S100：将吸波剂与瓷石颗粒均匀搅拌，以便将吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上。由此，在搅拌的条件下吸波剂可以更为顺利快捷的附着在瓷石颗粒的表面上。
根据本发明的实施例，将吸波剂与瓷石颗粒均匀搅拌的步骤包括：将吸波剂与瓷石颗粒在搅拌机中搅拌30～40分钟，比如30分钟、32分钟、34分钟、36分钟、38分钟或40分钟，其中，搅拌速率为100～200转/分钟。由此，在该搅拌条件下，吸波剂可以更均匀、更快速地附着在瓷石颗粒的表面上。
S200：将步骤S100中获得的产物与凝胶材料混合，以便得到混合粉末。
根据本发明的实施例，为了使得步骤S100中获得的产物与凝胶材料充分混合均匀，可以将步骤S100中获得的产物与凝胶材料在搅拌机中搅拌30～40分钟。由此，可以在短时间内得到混合均匀的混合粉末。
S300：将混合粉末与水混合，以便得到建筑用电磁辐射吸收材料。
根据本发明的实施例，水与混合粉末按照体积比为(30～35):(65～75)的比例混合，在本发明的一些实施例中，混合比例可以为1:2、6:13、7:15、2:5或7:13等。由此，混合粉末与水混合后得到粘度适宜的建筑用电磁辐射吸收材料，之后将建筑用电磁辐射吸收材料涂覆在建筑的内或/和外表面上，干燥(在一些实施例中，采用自然静置干燥即可)后即可得到一层致密性、力学性能均较好的电磁辐射吸收层，以保护建筑内的人员或物品不会受到外界电磁波的影响。
根据本发明的实施例，为了使得混合粉末与水均匀混合，可在混合粉末与水混合后搅拌5～10分钟，比如5分钟、6分钟、8分钟或10分钟。
根据本发明的实施例，该方法可以用于制备前面所述建筑用电磁辐射吸收材料，其中，对于凝胶材料、瓷石颗粒和吸波剂等材料的要求与前面所述的一致，在此不再一一赘述。
根据本发明的实施例，在上述制备方法中，吸波剂附着在瓷石颗粒的至少一部分的表面上，可以增加单位体积内吸波剂与电磁波的接触面积，进而更有效地实现对电磁波的吸收和衰减，以达到更佳的电磁吸收效果；再者，瓷石颗粒也可以改善建筑用电磁辐射吸收材料的电磁阻抗匹配，不仅减少电磁波在该建筑用材料表面的反射，提升该建筑用材料对电磁波的吸收和衰减能力，而且还有助于电磁波在该建筑用材料内部的散射，可更进一步地提高该建筑用材料对电磁波的吸收和衰减；凝胶材料的加入可以保证该建筑用材料的力学性能；此外，该建筑用材料不仅便于制备，易于工业化生产，便于施工，而且将其涂覆在建筑上之后，也便于后期的保养。
根据本发明的实施例，本领域技术人员可以根据实际情况，将该基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料可以涂覆在建筑的外表面和/或建筑的内表面上，以满足不同用户的使用要求。
实施例1：
制备所述基于瓷石的建筑用电磁辐射吸收材料的步骤包括：
筛选粒径为0.5～2毫米的瓷石颗粒；
将200目石墨与瓷石颗粒在搅拌机中以100转/分钟的速率搅拌30分钟；
将石墨与瓷石颗粒混合的产物与硅酸盐水泥在搅拌机中继续搅拌30分钟，以便得到混合粉末，其中，硅酸盐水泥、瓷石颗粒和石墨的体积比为1:3:1；
将混合粉末与水按照体积比为1:2的比例混合，并搅拌6分钟，以便得到建筑用电磁辐射吸收材料。
利用实施例1制备得到的建筑用电磁辐射吸收材料涂覆在基材上，得到1毫米厚的电磁辐射吸收层，测试该电磁辐射吸收层对频率0～2.0GHz范围内的电磁波的吸收效能(SE/dB)，测试结果参见图2。由图2可知，该电磁辐射吸收层对频率为1.73GHz的电磁波的吸收效能达到-8.97dB，由此可见，本发明的建筑用电磁辐射吸收材料具有较佳的电磁吸收效能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
