【摘 要】
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利用水泥基材料建造的建筑工程在日常生活中随处可见,随着科技的发展,越来越多的功能性水泥基材料诞生,且被应用到各行各业的方方面面。其中,水泥基吸波材料作为近些年研究的重点,取得了重大进展。随着信息时代的到来,电磁波带来便利的同时,也带来了诸多烦扰,包括电磁波污染、电子信息泄露、甚至国家信息安全方面的风险等。因此,利用水泥基吸波材料建造具备电磁波吸收功能的建筑工程,对于民用电磁防护以及军事雷达“隐身”
【基金项目】
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国家自然科学基金资助“面向海水冷却塔结构的纳米水泥基热电超材料及其智能阴极保护与劣化自监测机制”（51878364）； 山东省自然科学基金“面向海水冷却塔结构的CNT改性水泥基超材料及其阳极防护与应力监测机理研究”（ZR2018MEE043）；
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利用水泥基材料建造的建筑工程在日常生活中随处可见,随着科技的发展,越来越多的功能性水泥基材料诞生,且被应用到各行各业的方方面面。其中,水泥基吸波材料作为近些年研究的重点,取得了重大进展。随着信息时代的到来,电磁波带来便利的同时,也带来了诸多烦扰,包括电磁波污染、电子信息泄露、甚至国家信息安全方面的风险等。因此,利用水泥基吸波材料建造具备电磁波吸收功能的建筑工程,对于民用电磁防护以及军事雷达“隐身”都有着重要的应用价值。本论文将土木工程的水泥基材料与电磁学工程的超材料吸波体结构相结合,通过对水泥基材料电磁特性的研究,将其应用在超材料吸波体的设计中,通过电磁理论进行仿真模拟,研制出用于S频段电磁波吸收的水泥基超材料吸波体,并开展吸波性能试验研究。具体分为以下几部分:（1）根据国标GB50010-2010的要求,制备了C30,C40,C50国标混凝土、聚乙烯醇纤维水泥浆（PVAM）和普通水泥砂浆几种配比的水泥基材料试样,对其进行养护;利用开口同轴探头法测量分析几种配比的水泥基材料的电磁参数（复介电常数）,发现自由水含量趋于稳定的水泥基材料的复介电常数实部在4～7之间。（2）利用CST软件以及测量所得的水泥基材料电磁参数,设计水泥基超材料吸波体。超表面谐振单元的顶层选择FR-4的PCB介质板,可以直接将顶层金属层按照CAD所绘制的形状雕刻制备,避免金属层与水泥基材料板在贴合时不精确造成制备的误差。设计的水泥基超材料吸波体结构从上到下分别为“金属谐振单元层+FR4介质层+水泥基材料层+金属屏蔽层”。通过仿真数据分析,可以发现复介电常数的实部与虚部的增大,都会使吸波性能产生一定程度的减弱,复介电常数实部会造成其吸波体工作频率的移动,随着复介电常数实部的增大,工作频率朝着低频移动。（3）利用LPKF电路板雕刻机将FR4的PCB介质板按照设计形状雕刻完成;制备双层水泥基材料板“7mm水泥砂浆+锡纸+93mm国标混凝土”,长宽尺寸为600mm×600mm,根据试验要求进行浇筑与养护;养护完成后,按照要求将FR4介质板和双层水泥基材料板紧密的贴合在一起,尽可能的不留空隙。构建自由空间法测量系统进行测量,得到吸波体的反射系数和传输系数,计算得到水泥基超材料吸波体的吸波率,并以此分析了水泥基超材料吸波体的吸波性能,发现水泥基超材料吸波体在S频段（2～4GHz）范围内基本上可以实现90%以上的吸波效果,利用优化推演和仿真模拟对其吸波机理进行了分析。
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