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吸波材料范文1
關鍵詞：電磁輻射；吸波材料；建筑物；熱應力
中圖分類號：P427.35文獻標識碼： A
Abstract: Absorbing material is a kind of material which can absorb the electromagnetic energy and convert it into heat. Today, with the development of modern science and technology, absorbing material has long been applied far beyond the military aspects and more widely apply in human security, microwave anechoic chamber, communication and navigation systems, electromagnetic interference, safety information security, electromagnetic compatibility, radiation, and many other nuclear reactors. This article is based on the absorbing mechanism of absorbing materials, absorbing materials are given sheet internal electromagnetic field, temperature and thermal stress distribution characteristics, the application of absorbing materials in building are analyzed and discussed.
Key words: Electromagnetic radiation; Absorbing material; Building; Temperature thermal stress
0 引言
隨著科學技術的進步，電磁場與人類的生活已經是息息相關了。無線電通訊、廣播、電視、雷達、遙感、電子設備、電力設施的正常工作都離不開電磁場。電磁場時一種看不見、摸不著、嗅不到、然而卻對人類的生產生活產生著巨大影響的輻射源。吸波材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量，并通過材料的損耗轉變為其他能量形式的一類功能材料。它的工作原理與材料的電磁特性有關。目前，微波吸收材料的發展越來越明顯地呈現出功能上頻譜兼容化、材料形態上低維化、材料設計上智能化超長化、材料組成上復合化、材料性能上多樣化和材料應用上民用化的發展趨勢。
1建筑吸波材料
在電磁輻射所覆蓋的范圍內，特別是公共建筑、公共場所、生活居住等地方，如果直接從建筑物本身采取措施（使電磁波吸收），將具有實際意義。這就需要所使用的建筑材料具有吸收電磁輻射的功能?？梢蚤_發并使用具有吸收功能的混凝土材料來衰減室內外的電磁波強度，以防止電磁干擾和有利于居民的健康安全。
建筑吸波材料主要有復合建筑吸波材料，建筑吸波圖層和吸波瓦、吸波墻面磚等。目前，建筑吸波材料的應用研究主要有兩個方向：用于普通民用建筑商的低成本建筑吸波材料和高性能寬頻建筑吸波材料。高性能寬頻建筑吸波材料主要應用在一些對吸波要求比較高的建筑物種，如保密室、微波暗室等特殊場所或一些特殊建筑物，如電磁波發射站附近的房屋等。而應用在普通民用建筑物上的建筑吸波材料往往要求盡可能降低成本及施工方便，目前主要使用的有氧化鐵系列材料。
目前微波吸收材料已有很多種，按照其損耗機理的不同可以分為電阻型、電介質型和磁介質型三大類。
2 吸波材料的吸波機理
材料吸收電磁波的基本條件是：(1)電磁波入射到材料上時，它能最大限度地進入材料內部而不在其前表面上反射，即要求材料具有匹配特性；(2)進入材料內部的電磁波能迅速地幾乎全部衰減掉，即衰減特性。實現第一個條件的方法之一是采用特殊的邊界條件，如在高電導、高磁導吸波材料的表面涂敷電導、磁導接近空氣電導、磁導的介質，使電磁波最大限度地入射；而實現第二個條件則要求材料具有高的電磁損耗性。
吸波材料的電磁特性，即吸收電磁波的能力，與介電常數與磁導率相關，二者可寫成如下復數形式：
式中和為介電常數與磁導率的實部，分別表示吸波材料在電場或磁場作用下產生的極化和磁化強度。與為介電常數與磁導率的虛部，表示在外加電場作用下，材料電偶矩產生重排所引起的損耗；表示在外加電場作用下，材料磁偶矩產生重排所引起的損耗。材料對電磁波的吸收取決于與，與越大材料的吸波性能就越強，當與均為零時，材料不損耗電磁波。
3 吸波材料薄板的有限元法計算結果
吸波材料從根本上來說就是電磁損耗，是電磁波能量轉化為熱能或者其他形式的能量，從而電磁波在介質中被最大限度地吸收。吸波材料除了要盡可能提高損耗外，還要考慮阻抗匹配問題，完美阻抗匹配可以使電磁波在界面上無反射，而全部進入吸波層從而被吸收。
薄板內部的平面波方程為：
其中為相對介電常數，為導電率，為相對磁導率。
薄板內部的熱傳導方程為：
射電磁波和熱傳導的邊界條件如下：入射功率為3kw，入射波頻率為2.45e9Hz。初始溫度。在薄板的上下表面：，。
表1.材料的幾何屬性與物理屬性
材 料 參 數 相 關 數 據
薄板厚度 0.0345
比熱 4190
熱傳導系數 0.609
密度 1000
相對介電常數(2.45e9Hz) 78.1
相對介電常數(2.45e9Hz) 10.44
楊氏模量 1.573e9
泊松比 0.3
熱膨脹系數 7.2e-6
圖1.吸波材料板內電場分布圖
圖2.吸波材料板內溫度分布圖
圖3.吸波材料板內應力分布圖
圖1、圖2、圖3分別表示建筑吸波材料薄板在電磁場中考慮的電場、溫度及應力分布情況。不難看出，沿吸波材料薄板厚度方向電場的分布呈遞減趨勢，由于吸波材料吸收能量，轉化為內能，故材料板內部的溫度及產生的熱應力都升高?？梢钥吹綄⑽ú牧蠎糜诮ㄖI域，確實可以起到很好的吸波防護作用。圖2中由于建筑吸波材料薄板表面與空氣接觸，存在熱交換效應，故越靠近表面，溫度越低，則由此產生的熱應力也相應較小。
4 結論
通過對電磁場環境下建筑吸波材料的理論和計算研究，結果分析表明，在電磁場作用下，建筑吸波防護材料對進入其中的電磁場具有良好的吸收作用，并且沿材料厚度方向，電場成逐漸遞減趨勢，吸收電磁波后的材料，溫度及應力都有相應的變化?？梢钥闯?，電磁波吸收材料是城市建設中防止電磁輻射污染的良好材料，可以將電磁波吸收材料與建筑板材結合起來，制造承臺電磁波吸收性建筑板材，用于辦公系統、家居等的電磁污染防治。
參考文獻
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[5] 吳鍵，李兵，張焰.超薄吸波結構材料的制備[J].中國塑料，2003,17(7):45-48.
吸波材料范文2
關鍵詞 碳納米管 鋇鐵氧體 溶膠-凝膠法 吸波性能
中圖分類號：TB33 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.08.032
Abstract The using carbon nanotubes as the matrix， on the surface of carbon nanotubes coated barium ferrite by a sol gel method measured the static magnetic properties and electromagnetic parameters， and the reflection of characteristics of samples is analyzed. The results showed that the preparation of carbon nanotubes based barium ferrite composite has good static magnetic and microwave absorbing properties.
Key words Carbon nanotubes； Barium ferrite； Sol gel method； wave absorbing performance
0引言
傳統方法制備的吸波材料在吸波效率上，總難有重大突破，不能同時滿足薄、輕、寬、強的要求。六角晶系鋇鐵氧體是目前廣泛使用的磁損耗型微波吸收劑材料，具有吸收強、應用方便等特點，以其優良的頻響特性成為近年來研究的重點，但其缺點是密度大，高溫特性差等。
本文采用納米材料制備技術對六角晶系鋇鐵氧體的性能進行改進，并將它與具有良好吸波性能的碳納米管進行復合，利用溶膠-凝膠工藝合成碳納米管基鋇鐵氧體納米復合材料，充分發揮它們的長處，實現良好的吸波性能。
1實驗
本實驗所用的多壁碳納米管（外徑>50nm，長度為10～20%em）是由中國科學院成都有機化學有限公司中科時代納米材料中心通過天然氣催化裂解法制備得到。實驗首先采用濃硝酸冷凝回流和混酸（濃硝酸、濃硫酸）超聲處理相結合的方法來對原始碳納米管進行純化處理，然后利用溶膠-凝膠工藝合成碳納米管基鋇鐵氧體納米復合材料。
1.1 碳納米管的純化處理
（1）氫氧化鈉除氧化劑顆粒。將研磨后的碳納米管投入燒杯中，然后加入濃度為2mol/L的NaOH溶液，置于加熱磁力攪拌器中40℃攪拌1h，冷卻至室溫，靜置，置于真空干燥箱內烘干至恒重，備用。（2）濃硝酸的冷凝回流處理。取一定量經過預處理的碳納米管加入68%的濃硝酸中，于100℃水浴下加熱磁力攪拌，沸騰狀態下冷凝回流處理24h，冷卻至室溫，靜置，置于真空干燥箱烘干至恒重，備用。（3）濃硝酸、濃硫酸超聲波處理。將經過濃硝酸處理后的碳納米管和體積比為5/2的混合酸（H2SO4/HNO3）放于燒杯中，常溫超聲處理4h，處理結束后用去離子水洗滌至中性，60℃真空干燥12h即得純化后的碳納米管。
1.2 碳納米管表面包覆鋇鐵氧體的溶膠-凝膠法制備
1.2.1 實驗步驟
按化學計量配比稱取一定量的原料，硝酸鋇：硝酸鐵：檸檬酸=1：12：13（摩爾比），加入水完全溶解后，得到均一透明的混合溶液。
取適量經過純化處理的碳納米管加入該混合液中，超聲分散后一邊攪拌一邊向混合液中滴入氨水，然后加入少量聚乙二醇和陽離子表面活性劑CTAB（十六烷基三甲基溴化銨），電磁攪拌溶解后置于80℃水浴中恒溫攪拌蒸發，使之形成濕凝膠，繼續磁力攪拌2h后進行真空抽濾，之后置于干燥箱中恒溫干燥得到干凝膠，將所得干凝膠置于管式爐中加熱，自然冷卻后即得樣品。
1.3 分析儀器與測試方法
用S-4800型場發射掃描電鏡（SEM）觀察所制得的樣品的微觀形貌，D/max-%＼B型X射線衍射儀分析樣品的相組成，用Model 4 HF振動樣品磁強儀對樣品的靜磁性能進行測試，用Agilent E8362B PNA系列矢量網絡分析儀測試樣品的電磁參數并對其吸波性能進行分析。
2結果與討論
2.1 碳納米管純化處理前后的SEM圖
圖1（a）為酸處理前未經純化的原始碳納米管掃描電鏡照片，從圖中可以看到彎曲的碳納米管互相纏繞在一起，在碳納米管的表面及周圍附著大量團狀和顆粒狀物質。圖1（b）為經濃硝酸回流處理及混酸超聲處理后的碳納米管的SEM圖片。從圖中可以看出，碳納米管表面的雜質已經被除去，碳納米管進一步被短切成了幾百納米的短管，這有利于碳納米管的分散，對下一步碳納米管表面包覆是非常重要的。
2.2 碳納米管表面包覆鋇鐵氧體的SEM圖
溶膠凝膠法制備碳納米管基鋇鐵氧體納米復合材料的SEM如圖2所示，從SEM圖像中看出：鋇鐵氧體或以均勻的涂層包覆于碳納米管表面或以團聚的形態纏繞于碳納米管表面，說明成功地合成了碳納米管基鋇鐵氧體納米復合材料。
2.3XRD分析
圖3（a）為包覆前的碳納米管的X射線衍射譜圖，從圖3（a）可以看出，包覆前碳納米管的相組成主要為碳；圖3（b）為經過鋇鐵氧體包覆后的碳納米管的X射線衍射譜譜圖，從譜圖中可以看出，譜圖中有鋇鐵氧體及中間產物%＼-Fe2O3的衍射峰，由于涂層較薄，因此譜圖中出現了基體碳納米管的碳衍射峰。
2.4 靜磁性能測試
圖4為碳納米管表面包覆鋇鐵氧體后粉末的VSM磁滯回線圖，從圖中可以看出，粉末的矯頑力Hc為0.225kOe（17.9kA/m），飽和磁化強度Ms為48.6emu/g（48.6Am2/kg），該復合粉末的飽和磁化強度小于理論上的極限值72 Am2/kg，說明樣品中鋇鐵氧體的純度不是很高，可能是含有%＼-Fe2O3等反鐵磁性物相的緣故。
2.5 電磁參數及電磁特性分析
圖5為原始碳納米管與碳納米管/鋇鐵氧體復合材料在2-18GHz的測試頻率范圍內反射率的比較。
由圖5可知，原始碳納米管在測試頻率范圍內出現兩個吸收峰，吸收峰位置分別出現在8.17GHz和16.70GHz，對應的吸收峰值分別為-22.53dB和-16.50dB，最大反射損耗值R = -22.53dB，R
3結論
本實驗運用溶膠凝膠法在經過純化處理過的碳納米管表面包覆了磁性材料鋇鐵氧體，根據實驗得到如下結論：
（1）通過觀察所制備的碳納米管/鋇鐵氧體復合粉末的SEM圖像和XRD分析可知：碳納米管表面上較均勻地包覆了一層鋇鐵氧體。（2）通過對實驗所制備的碳納米管/鋇鐵氧體復合粉末的磁滯回線分析可知：粉末的矯頑力Hc為0.225kOe（17.9kA/m），飽和磁化強度Ms為48.6emu/g（48.6Am2/kg），具有較好的磁性。（3）碳納米管/鋇鐵氧體復合材料的磁損耗比原始碳納米管要大，相對于原始碳納米管，雖然表面包覆鋇鐵氧體的碳納米管復合材料的吸收峰值變小，但在所測試頻率范圍內出現多個吸收峰，在多個頻段內都有較強的吸收峰，特別在f>12GHz的高頻區出現四個吸收峰，表現出較好的吸波特性。
參考文獻
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吸波材料范文3
關鍵詞：復合材料箱梁；連續梁；剪力滯效應；撓度；ANSYS
中圖分類號： TB332文獻標識碼： A
Deflection analysis of composite thin-walled box continuous beam considering vertical shear deformation and shear lag effect
Han Bo Qi Tie
（China Railway Engineering Consultants Group. Taiyuan Branch, TaiYuan 030000,China）
Abstract: In this paper, considering vertical shear deformation and shear lag effect, differential equations of composite symmetrically laminated box beam under symmetrical bending are described firstly, and deflection functions in two-equal-span continuous beam under concentrated load P applied at mid-span respectively have been deduced. Finally, connecting with the concrete example of box beam, careful finite element analysis by using finite element software ANSYS is done for it, and comparing the result of the ANSYS finite element simulation with the theoretical results of this paper, the result demonstrates clearly that this method agrees well with the ANSYS finite element method, so the results are coordinate and accurate.
Key words：composite box; continuous beam; shear lag effect ; deflection; ANSYS
引言
復合材料層合薄壁連續箱梁具有優越的力學性能、良好的空間整體受力性能，節省材料等優點，在土木工程、航空航天工程等結構方面有非常好的應用前景[1]。在目前的復合材料層合薄壁箱梁研究中，研究多見于對簡支梁的撓度函數和有限元的分析[2]，而對復合材料層合薄壁連續箱梁的研究卻比較少，因此，復合材料層合薄壁連續箱梁的理論研究具有非常重要的意義。
基本假定及其控制方程
對于如圖1所示的雙軸對稱鋪設[3]，薄壁箱梁的翼板比較薄，于是豎向剪力Q由于主要由腹板承擔，滿足，以及，這樣一來翼板處于一種平面應力狀態，在對稱彎曲條件下設其中面（y軸）的軸向位移，豎向位移，轉角分別為，，，翼板上由剪力滯后效應所引起的縱向位移差函數為：。本文假設截面上任一點的軸向位移為：
（1）
對于圖(1)所示的雙軸對稱鋪設的復合材料層合薄壁箱梁的控制方程如下[4]：
（2）
圖1層合箱梁示意圖
上式中；分別為全截面的彎曲剛度及拉壓剛度；均為上下翼板的彎曲剛度；均為左右腹板的面內剪切剛度，其中：、、為復合材料層合板的偏軸剛度；，，及，，分別為翼板第鋪層及腹板第鋪層的對軸慣性矩，截面面積，鋪層厚度；，分別為彎矩和剪力，，，分別為考慮剪滯效應對總撓度的貢獻、考慮剪切變形對總撓度的貢獻和總撓度，其中，由的邊界條件定出；m，n分別為翼板和腹板的鋪層層數，為左右腹板的豎向剪切系數，考慮到剪應變在腹板上近似均勻分布，一般可近似取，也可采取[4]：
（3）
于是由上式構成了的定解問題，上述微分方程解的一般形式可寫為：
（4）
式中為及有關的特解，積分常數，由邊界條件定出。
兩等跨連續梁分別在跨中受一集中力作用下的撓度函數推導
圖2等跨連續梁示意圖
由于對稱布置，故只選擇A-B段分析：
由結構力學解圖2的超靜定問題可得其的彎矩與剪力方程為分段函數：
（5）
（6）
剪力滯差值函數為[5]：
（7）
（8）
其中： ， ，
，
由式（2）可得：
將式（5）和（7）代入上式兩次積分可得：
（9）
其中：， ，
將式（9）代入邊界條件可得：
（10）
由式（2）可得：
將式（6）和（8）代入上式兩次積分可得：
（11）
將式（11）代入邊界條件可得：
（12）
將式（9）、（11）代入連續性邊界條件:；可得：
（13）
（14）
由四個邊界條件：（10）、（12）、（13）、（14）聯立可解得：
（15）
（16）
（17）
（18）
其中： ， ， ，
,
當時，根據式（2）、（5）、（9）可得：
（19）
當時，根據式（2）、（6）、（11）可得：
（20）
于是，由式（15）~（20）構成了兩等跨復合材料薄壁箱型連續梁分別在跨中受一集中力P作用下撓度函數的解。對于均勻材料梁有，，，（，分別為全截面及上下翼板對y軸的慣性矩，故可知對于均勻材料梁，，，，上述公式可直接退化成均勻材料連續梁的相應結果。
算例分析
已知長為的碳纖維兩等跨箱型連續梁分別在跨中作用力P，其截面幾何尺寸如圖（1）所示，其中，，，。雙軸對稱鋪設，各壁板均鋪設六層，其結構為，單向碳纖維復合材料的偏軸剛度為[6]：
：；；
：；；
對于此例顯然有，表1給出了其截面參數[7]。
表1截面參數
參數
302.0427 264.1728 88.5757 2.0760 0.6853 1.063
選擇shell99單元，建立碳纖維層合箱梁模型，選擇solid45單元來模擬鋼墊塊，其有限元模型如圖3所示：
圖 3 有限元模型
6.1.2計算結果及結束語
ANSYS的計算結果和本文理論計算結果如下：
圖4跨中撓度的數值結果比較
圖5跨中作用力P=196N的沿梁長方向撓度
結束語
從上述的理論分析結果分析可知由剪力滯產生的附加撓度占總撓度的26.92%，由剪切變形產生的附加撓度占總撓度的11.25%。從圖4和圖5可以看出，本文理論分析結果與利用ANSYS有限元分析軟件計算所得的結果吻合較好，可見本文理論是正確可靠的。
綜上所述，本文所得到的復合材料薄壁箱型連續梁撓度分布規律是正確可靠的，且當材料為勻質材料時均能退化為各向同性材料連續梁的計算公式，能夠為實際工程設計提供理論參考，為進一步促進復合材料在土木工程領域的運用提供了理論依據。
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吸波材料范文4
關鍵詞：太赫茲，折射率，吸收系數，介電常數
引言
近年來，隨著人們在太赫茲波技術上取得了一系列進展，全世界范圍內已經形成了一個太赫茲科學技術的研究熱潮，然而低損耗、低色散的長距離傳輸太赫茲波，仍是研究人員面臨的一項困難的工作[1-2]。聚合物在太赫茲波段吸收較少，制作材料價錢便宜等優點，使得聚合物材料成為了制作波導的理想選擇[3]。
本文選取聚乙烯和聚丙烯兩種聚合物材料，對它們在太赫茲波段的吸收系數進行了測試和分析，得到了聚乙烯和聚丙烯在0.23~0.375THz頻段范圍內的光學特性。研究表明，在太赫茲頻段下，聚合物材料具有損耗低、色散小的優異特性。實驗結果表明聚乙烯的最小吸收系數為2.8879×10－4cm-1，聚丙烯的最小吸收系數為3.7516×10－4cm-1。
一. 實驗材料和測試結果
在本次實驗中，選取兩段不同長度的聚乙烯樣品，分別為樣品1：L1=20.40mm，D=21.58mm；樣品2：L2=40.14mm，D=21.58mm；選取兩段不同長度的聚乙烯樣品，分別為：樣品3：L3=20.28mm，D=15.58mm；樣品4：L4=40.22mm，D=15.58mm。論文寫作，折射率。根據實驗所得的數據，得到這四份樣品的參考譜和測試譜如下：
圖1無樣品的太赫茲波參考譜與樣品1和樣品2的測試譜
從上圖中可以看出，樣品1的頻域波形相對于參考頻域波形的振幅出現了一定程度的衰減，這是由于樣品1對太赫茲波的吸收造成的。其中，頻率在8.7cm-1與8.9cm-1附近時，樣品1對太赫茲波的吸收較其他的頻率點來說明顯要多一點。論文寫作，折射率。論文寫作，折射率。樣品2對太赫茲波也產生了一定程度吸收。論文寫作，折射率。其中，當頻率在8.7cm－1與8.8cm－1附近時，樣品2對太赫茲波的吸收較其他頻率點來說要多一些。論文寫作，折射率。
圖2 無樣品的太赫茲波參考譜與樣品3和樣品4的測試譜
從上圖中可以看出，樣品3和樣品4也對太赫茲波產生了一定吸收，當頻率在8.4cm-1與8.7cm-1附近時，樣品3對太赫茲波吸收最大。頻率在8.7cm-1和－8.8cm-1附近時，樣品4對太赫茲波的吸收最為明顯。四份樣品的吸收系數k如圖3所示。樣品 1 吸收系數變化范圍從2.1102×10－4cm-1到3.109×10－4cm-1；樣品 2 吸收系數變化范圍從1.89×10－4cm-1到2.888×10－4cm-1；樣品 3 吸收系數變化范圍從8.89×10－4cm-1到3.7516×10－4cm-1；樣品 4 吸收系數變化范圍從1.3073×10－4cm-1到4.15309×10－4cm-1。論文寫作，折射率。
圖3 太赫茲波段樣品 1 至樣品 4 的吸收系數k
二. 總結
研究結果表明聚乙烯和聚丙烯這兩種材料的吸收系數均較小，對太赫茲波的吸收都較小。聚乙烯和聚丙烯這兩種聚合物材料將成為潛在的太赫茲波波導最佳候選材料。
致謝
作者非常感謝李博士在實驗測試方面給以的技術支持！
參考文獻
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吸波材料范文5
關鍵詞：應力波衰減，，樁身材料阻尼。
引言
低應變反射波法是對基樁進行瞬時激振，然后通過分析所采集的瞬態響應曲線特征來確定有無缺陷、缺陷性質和位置。低應變反射波法檢測中，采集的信號直接影響到現場檢測人員對基樁的完整性做出合理判斷。而樁底材料阻尼對檢測信號的影響是不容忽視。因此，本文建立ANSYS有限元模型，模擬低應變反射波法檢測時基樁的振動，并根據樁頂節點振動響應曲線分析樁底持力層對反射信號的影響。
2 有限元模型的建立
2.1 激振脈沖
文[1]對矩形脈沖、余弦脈沖、升余弦脈沖和三角脈沖進行了深入的研究并得出升余弦脈沖無論在波的形態還是歸零方面更加接近于實測力波。因此本文有限元模型中樁頂的瞬態激振脈沖采用升余弦脈沖：
(1)
式中： 和 分別為激振力作用時間和激振力沖量( ， 為激振力振幅)。
3.2 樁周土和樁底持力層等效參數的計算式
(A) 對單位深度樁周土等效剛度系數 和等效阻尼系數 按文[3]中的計算式：
(2)
和 分別為樁周土的密度和剪切波速， 為樁半徑。
(B) 樁底持力層的等效剛度系數 和等效阻尼系數 按淺基礎的Lysmer[2]解計算：
(3)
式中： 為樁底半徑； ， 和 分別為樁底持力層的密度、泊松比和剪切波速。
2.3樁土有限元模型
樁-周土分布情況如圖1所示，樁體模型采用8節點6面體實體單元(SOLID45)，材料模型為非線性彈性材料模型中的Viscoelastic模型。樁周側土和樁底持力層則采用離散單元COMBIN165單元。
3 阻尼系數對應力波衰減的影響
建立粘彈性樁－土有限元計算模型，樁土分布情況如圖1，砂土的等效阻尼系數 =175 ，粉質粘土的等效阻尼系數 =800 ，樁底中風化礫巖等效阻尼系數 =32400 ，等效剛度系數 =69.5×106 ，樁身混凝土彈性模量 =3×1010 ，泊松比為0.2，密度為2450 ，計算樁長為11 ，樁直徑為0.8 。當改變樁身混凝土材料的阻尼系數時，其計算結果如下：
圖3可以看出，隨材料阻尼比 的增大，樁頂反射和樁底反射特征變弱，樁底反射出現的時間越早；更重要的是， 增大，使得樁底反射波變得越來越寬緩，與周圍信號呈現出逐漸過渡的狀態，實測曲線的情況也常常是樁底反射脈沖寬度比入射波脈沖寬且平緩，這說明考慮樁材料阻尼更加符合實際。
圖4直觀地描述了不同樁身材料阻尼系數時，應力波波幅的衰減情況，阻尼系數越大，應力波衰減的曲線越陡，而且樁底反射波幅值出現的時間隨阻尼系數的變大而提前。
圖5 衰減系數與阻尼系數關系圖
表1中的數據反映出應力波衰減系數隨樁身材料阻尼系數的增大而增大，但兩者并非線性變化關系。如圖5的衰減系數與阻尼系數關系圖，應力波隨樁身材料阻尼的增大而增大到某一程度后，其增大的幅度則變得緩和。當阻尼系數小于0.05時，衰減系數隨阻尼系數的變化而變化的幅度比較大，接近于線性增加；但當阻尼系數大于0.05時，衰減系數隨阻尼系數增大而變化的幅度越來越小?？梢缘弥?，脈沖寬度為1ms的應力波在樁體中傳播時，衰減系數隨樁身材料阻尼系數變化的關系圖有一拐點，此拐點前，衰減系數隨樁身材料阻尼系數增大呈直線增大，此拐點后，衰減系數隨樁身材料阻尼系數的增大而增大的幅度不明顯。此拐點為樁身材料阻尼系數為0.05，對應的衰減系數為104.6007。
4 阻尼系數對應力波傳播速度的影響
式（11）表明，擾動傳播的相速 （ ）是頻率 的函數：
由上式可知，相速與頻率 和粘性阻尼系數 成正比關系。隨著頻率的增加相速增大導致應力波在傳播中的形狀發生變化，產生粘性彌散。這種由樁身材料粘性效應所引起的粘性彌散，材料越軟弱，反映越劇烈，與樁截面的幾何尺寸毫無關系，粘性彌散不僅伴隨有信號的衰減現象（且頻率越高衰減越嚴重），而且與應力波傳播路徑中的材料粘性密切相關，當樁身存在局部離析時，缺陷和樁底反射回來的應力波將出現明顯的波形展開現象。下面運用有限元模型計算的結果分析波速與粘性阻尼系數 的關系是否與式13吻合。
的傳播速度隨樁身材料阻尼 的增大而增大，這與式13的結果吻合。當阻尼系數從0.02增大到0.05時，波速從3133m/s增大到3425m/s，增大了292m/s，可見阻尼系數對應力波傳播速度的影響非常明顯。這對實際的工程檢測中根據波速來判斷樁長的結果有非常大的影響。
5、結論
a)經過有限元模型的模擬分析，可以得出：樁身材料阻尼 的增大會造成應力波的衰減加劇，而且兩者的關系圖出現明顯的分界點，當阻尼系數小于0.05時，衰減隨阻尼變化而變化的幅度比較明顯；而當阻尼系數大于0.05時，衰減隨阻尼的變化而趨于穩定，變化緩和。
吸波材料范文6
關鍵詞 還原性石墨烯；4.硝基苯酚；納米銅；計時安倍；計時庫侖；微分脈沖伏安法
1 引 言
硝基苯酚是一類分子結構中包含苯環、硝基和酚羥基的化合物，常被用作合成染料、藥物、橡膠添加劑、感光材料等的中間體[1]。其中對硝基苯酚（4.硝基苯酚，p.Nitrophenol（p.NP）或4.Nitrophenol（4.NP））是化工生產中重要的有機合成原料，用于生產農藥、皮革著色、炸藥合成以及木材防腐等[2]。4.NP能溶于水，性質穩定，在環境中殘留時間較長，難以生物降解，對生態系統和人體有很強毒性[3，4]，被列入于世界“環境優先控制有毒有機污染物”的名單[5]。因此，開發簡單、靈敏、準確的4.NP分析方法具有重要的實際價值。美國環保局在2012年的《飲用水水水質標準和健康指導》（Drinking Water Standards and Health Advisories）中規定飲用水中4.NP的終生安全飲用限值（LHA）為0.06 mg/L[6]。國內環境標準尚沒有關于4.NP限量的規定[7]。國標GB 8978.1996僅規定揮發酚的最大允許排放量為0.5 mg/L[8]，GB 5749.2006規定飲用水中揮發酚（以苯酚計）的濃度限值為0.002 mg/L[9]。4.NP常用的檢測方法有毛細管氣相色譜和高效液相色譜法，具有較高的靈敏度和準確度。然而，水體中常同時存在多種酚類化合物，且4.NP由于苯環上硝基（NO2）和羥基（OH）隨著取代位置的不同而具有多種同分異構體，彼此的結構和理化性質相似，色譜保留時間非常接近，難以分離，無法準確定性。而預處理程序比較繁瑣、耗時，無法實時檢測，檢測儀器昂貴[10，11]。近年發展起來的快速檢測方法，特別是電化學生物傳感器因具有成本低、方法簡單和可實時在線測定等優點，在環境監測中得到廣泛應用[12～14]。
金屬納米顆粒具有獨特的光電特性[15]。然而，化學合成的納米金屬顆粒易團聚或者易被表面活性劑包埋活性位點，無法與反應物充分接觸，嚴重降低了催化活性[16]。石墨烯（Graphene）具有二維平面結構和良好的導電性、大的比表面積以及豐富的含氧官能團和表面缺陷，可以為負載納米金屬粒子提供位點[17，18]，目前已成功負載Ag[19]， Au[20]， Pd[21]， Pt.Au[22] 等多種貴金屬納米粒子，然而，貴金屬昂貴的價格和有限的資源限制了它的廣泛使用[23]。過渡金屬Cu廉價且導電性好，特別是納米尺寸的金屬Cu在某些方面比貴金屬具有更高的氧化電勢[24]。Hang等[25]制備出納米銅顆粒.氧化石墨烯（CuNPs@rGO）核殼陣列的納米材料，電催化4.硝基苯酚的效果是AuNPs的14倍。Shaabani等[26]制備出納米銅.納米金.還原石墨烯和納米銅.納米銀.還原石墨烯（AuCu@G.rGO 和AgCu@G.rGO）雙金屬納米顆粒，Krishna等[27]制備出高催化活性的銅.鎳.還原石墨烯納米復合物（Cu@Ni/RGO），用于環境污染物4.NP的處理。
本研究采用石墨烯為基底，通過聚丙烯酸（PAA）鍵合氧化石墨烯（GO），以NaBH4為還原劑，將Cu2+還原為納米銅（CuNPs），將GO還原為還原性石墨烯（GR），制備出新型銅納米復合材料（CuNPs/PAA/GR），以此修飾玻碳電極快速檢測4.NP，獲得了滿意的結果。
2 實驗部分
2.1 儀器與試劑
CHI620E電化學分析儀（上海辰華儀器有限公司）； PHS.3C型pH計（上海精科實業有限公司）； TGL.16C離心機（常州朗越儀器制造有限公司）； EVO MA 15/LS 15掃描電子顯微鏡（德國卡爾蔡司公司）。
聚丙烯酸（PAA，天津市科密歐化學試劑公司）； KMnO4， NaBH4，CuCl 2?2H 2O（國藥集團化學試劑有限公司）； 30% H 2O 2（成都市科龍化工試劑廠）； 4.硝基苯酚（Aladdin公司）。以上試劑均為分析純。膨脹石墨（青島福金石墨有限公司）； 實驗用水均為二次蒸餾水。
2.2 氧化石墨烯和CuNPs/PAA/GR復合材料的制備
采用改進的Hummers法制備氧化石墨[28]， 將45.00 mg氧化石墨超聲分散在45 mL二次蒸餾水中，加入20 mL PAA（15%， w/w），超聲分散5 h，靜置過夜。加入75 mL 0.2 mol/L CuCl 2，室溫下磁力攪拌2 h。逐滴加入0.4 mol/L NaBH4，直到呈現棕褐色，靜置分層。將得到的還原石墨烯（GR）和納米銅（CuNPs）混合物進行抽濾，再分別用CH 3OH和H 2O各洗滌4次。最終產物在50℃真空干燥。
2.3 GCE/CuNPs/PAA/GR修飾電極的制備
將2.0 mg CuNPs/PAA/GR納米復合材料超聲分散在1.0 mL水中，取2 μL滴涂在預先處理好的玻碳電極表面，室溫下晾干，得到修飾電極GCE/CuNPs/PAA/GR。
2.4 電化學測定
電化學檢測采用三電極體系：以修飾的玻碳電極（GCE，直徑3 mm）為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極，鉑柱電極作為對電極。電解質溶液為0.1 mol/L PBS （pH 7.0）。
3 結果與討論
3.1 掃描電鏡和能譜表征
由氧化石墨烯（GO）的掃描電鏡圖（圖1a）可見，石墨烯在玻碳電極表面形成一層均勻的單層膜。由納米復合材料PAA/GR/CuNPs的掃描電鏡圖（圖1b）可見，均勻分散在石墨烯中，未出現團聚現象，這是因為PAA分子上存在大量羧基，當與氧化石墨烯中羥基鍵合后，會增加石墨烯表面的配位氧原子，與銅形成穩定的絡合物。圖1c為EDX能譜圖，表明此材料含有元素C（1.70%）和Cu（1.08%），其中Au是測樣噴金的緣故。
3.2 4.NP在不同修飾電極上的電流響應
考察了不同修飾電極在0.1 mol/L PBS （pH 7.0）和10 μmol/L 4.NP溶液中的電流響應情況（圖2）。玻碳電極（GCE） 在0.1 mol/L PBS中未觀察到電流響應（曲線a），而在10 μmol/L 4.NP溶液中，在0.92 V出現了4.NP的特征峰（曲線b），
但電流比較微弱。與GCE相比，GCE/GO上4.NP的特征峰電流增加0.03 μA（曲線c）。當GCE上修飾CuNPs/PAA/GR后，峰電流與GCE相比增加了1.3倍（曲線d），這是因為在PAA的協助下，CuNPs被均勻而穩定地分散在改性后的石墨烯中，活性位點暴露于材料表面，更好地發揮了協同催化效應[29，30]。
3.3 pH值和掃速對響應電流的影響
考察了GCE/CuNPs/PAA/GR修飾電極在不同pH值（4.0，5.0，6.0，7.0，8.0和9.0）下的4.NP峰電流響應信號。隨著pH值從4.0增至 7.0，峰電流呈上升趨勢；繼續增大pH值，峰電流減小。因此，本研究選擇0.1 mol/L PBS緩沖溶液（pH 7.0）為電解質溶液。
圖3為掃速對4.NP氧化峰電流和電位影響的循環伏安圖，在掃描速率50～300 mV/s范圍內，當掃速以50 mV/s的規律不斷遞增時，4.NP的氧化峰電流或峰電位呈線性遞增關系。氧化峰電流與掃速的線性方程分別為I pa= 0.09ν-6.25（R2=0.9978）， 說明4.NP在GCE/CuNPs/PAA/GR電極表面是受吸附控制。氧化峰電位與掃速對數的線性方程E pa=0.022lnν +0.81（R2= 0.9962），根據Laviron方程[31]， 計算電子轉移數n=2.3，表明電極過程為兩電子的傳遞過程。
3.4 電化學有效面積及吸附量的計算
GCE/CuNPs/PAA/GR修飾電極的電化學有效面積用公式（2）計算[32]。其中K3[Fe（CN）6＼] 可作標準物質，濃度0.1 mmol/L，擴散系數D為7.6×10 6cm2/s，電子轉移數n為1，法拉第常數F為96480 C/mol， Q dl為雙層電荷， Q ads為Faradaic電荷。
3.5 催化速率常數的計算
3.7 GCE/CuNPs/PAA/GR電極穩定性、重現性、干擾性
將制備好的GCE/CuNPs/PAA/GR修飾電極于4℃避光保存，每5天取出測定一次。結果表明，隨著存放天數增加，電流響應值不斷降低，20天后降為初始電流的93%，相對標準偏差（RSD， n=3）小于3.2%，表明制備的修飾電極穩定性和重現性良好。
3.8 分析應用
為進一步研究此修飾電極的實用性，采用本方法測定了廣西民族師范學院校區內湖水、自來水以及生活廢水，水樣經簡單過濾直接測定，3種水樣中均未檢測到4.NP。對上述水樣進行加標回收實驗，結果如表2所示，相對標準偏差均小于5%，回收率在88.6%～100.7%之間，表明此修飾電極測實際水樣中的4.NP含量準確度高，精密度好，具有良好的實用性。
4 結 論
采用一種簡單、溫和的原位生長法將銅納米粒子和石墨烯非共價鍵合，制備得到納米復合材料CuNPs/PAA/GR，用于修飾玻碳電極（GCE/CuNPs/PAA/GR），對4.NP具有良好的電催化活性。采用DPV方法進行檢測， 4.NP的濃度在1～150 μmol/L范圍內與電極響應呈良好的線性關系，檢出限為0.23 μmol/L （S/N=3）。此修飾電極具有良好的穩定性和重現性。測定了實際水樣品中的4.NP含量，表明此電極具有良好的實用性。
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