过量的电磁辐射会对人们的身体健康造成潜在危害,也会造成电磁干扰、信息泄露等负面效应。应用吸波建材可有效解决建筑空间电磁辐射污染问题。然而,现有吸波建材设计技术难以满足建筑空间复杂电磁环境对材料宽频应用的需求,拓宽吸波带宽成为当前吸波建材研究亟需解决的核心问题。为此,本文突破传统的吸波建材设计技术,选用纳米碳黑为电磁改性剂、石膏为基体材料,基于3D周期结构理论设计了立方、六棱柱及圆柱三种柱状3D周期结构吸波材料。使用High Frequency Structure Simulator(HFSS)仿真软件进行3D周期结构石膏基材料的吸波效果和电磁场分析,结合实际试验研究材料的吸波规律,并探讨其电磁波吸收机理。研究发现,相比于传统的平板型材料,3D周期结构设计可显著提升其吸波性能、拓展其吸波带宽。3D立方周期结构设计可将反射率低于-10d B有效频段拓展至4.2-18GHz,而3D圆柱和六棱柱周期结构则可实现对2-18GHz频段电磁波反射率低于-10d B。3D周期结构的几何参数及材料电磁特性是影响其吸波效能及有效频段的重要因素。仿真结果显示,3D周期结构尺寸与入射波长之间存在一定的匹配关系,结构单元边长或直径的增大导致反射吸收峰向低频移动,提升材料低频段吸波性能;结构单元高度增大导致吸收峰数量增加,且拓宽整体的吸波带宽。炭黑电磁改性剂主要通过影响材料的电磁参数来影响吸波效果,炭黑含量过大或过低都会导致吸波效能一定程度上的降低,存在最佳掺量(2wt.%)。实际测试结果与仿真结果表现出相同规律。纳米碳黑的电损耗作用是材料实现电磁波吸收的基础。3D周期结构石膏基材料电场分析结果显示,材料的结构效应在电磁波吸收中发挥重要作用:电磁波在材料表面发生的干涉作用是低频段电磁波的主要衰减机制,电磁波在周期结构单元边缘和间隙内发生散射、衍射和多次反射是较高频段电磁波的主要衰减机制。本文研究结果为宽频段吸波建材的研究和设计提供了新的思路,具有一定的指导意义。