一种基于3D打印技术的吸波梯度材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于3D打印技术的吸波梯度材料的制备方法，属于吸波涂层材料领域。所述吸波梯度材料为层状堆叠结构，其磁导率(μr)和介电常数(εr)在厚度方向上逐渐减小，在与空气接触的最后一层达到最小，所述吸波梯度材料由纳米吸收剂和聚合物组成，所述纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部。本发明专利技术通过将纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部，在不影响吸波性能的前提下增大了吸波材料的耐候性；同时，本发明专利技术通过阻抗匹配原理选取电磁参数梯度减小的材料，增大了电磁波入射到材料中的比例，同时增强了材料对电磁波的吸收效果。

A wave absorbing gradient material based on 3D printing technology and its preparation method

The invention relates to a preparation method of microwave absorbing gradient material based on 3D printing technology, belonging to the field of microwave absorbing coating material. The absorbing gradient material is a layered stacked structure, and its permeability (mu r) and dielectric constant (e r) gradually decrease in the thickness direction, and the last layer in contact with the air reaches the minimum. The absorbing gradient material is composed of nano absorbent and polymer, and the nano absorbent is uniformly dispersed in the polymer. The invention enhances the weatherability of the absorbing material by uniformly dispersing the nano-absorbent in the polymer without affecting the absorbing performance; meanwhile, the material with reduced gradient of electromagnetic parameters is selected by the impedance matching principle, and the proportion of electromagnetic wave incident into the material is increased, and the material is electrically enhanced. The absorption effect of magnetic wave.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术的吸波梯度材料及其制备方法
本专利技术涉及吸波涂层材料领域，具体涉及一种基于3D打印技术的吸波梯度材料及其制备方法。
技术介绍
科技发展的日新月异使得大量先进的电子产品，电气设备进入人们的生活、生产、国防军事以及商业应用中，一方面，先进的电子产品和电气设备为人们的生活提供了极大的便利；另一方面电子产品和电气设备在使用过程中也产生了电磁污染，进而对人们的身心健康造成了极大的威胁。在军事领域，随着雷达技术的飞速发展，传统吸波材料(铁氧体、碳化硅、石墨)等由于吸收频带窄、密度大等缺点，已经不能实现对飞行器的有效隐身。因其开发具有“薄、轻、宽、强”的吸波材料，并将其应用于军事领域，可以提高飞行器被雷达的探测几率，有效提高飞行器在战争中的生存概率。以隐身涂层为例，涂料本身的特点决定了施工难度较大，涂层厚度均一性难以控制；而涂层厚度较大时，由于大量溶剂挥发残留的气孔容易引起涂层开裂，将使得隐身涂层的力学性能难以满足实际要求。与传统工艺相比，3D打印技术是新型的一种材料加工技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。该技术的出现使得在微观尺度上精准调控材料的组成和结构得以实现，从而为进一步精准调控材料的性能提供了可能。该技术不需要溶剂，可以直接在目标结构表面打印成型，分子层级的结合使膜基之间的力学性能更高，并且可以实现亚微米级尺度内电磁参数的精细调节，从而在更薄的厚度下实现宽频段吸波。专利申请201710537669.8公开了一种3D打印各向异性微波吸收体及其制备方法，该微波吸收体采用具有易面各向异性的磁粉制备，包括易面磁晶各向异性的稀土金属间化合物材料。该方法在吸波材料制备方法与本专利技术有相似之处，但其为均质吸波材料，与自由空间的阻抗匹配较差。周丁等在文章《3d打印技术制备结构吸波材料及其性能研究》中，将3D打印技术应用于制备结构吸波材料，选用塑料基材加入一定量的吸收剂制备成混合粉末，用SLS(选区激光烧结)方式制备出螺钉与螺帽结构。然而该文章中制备的材料与空气直接接触，其阻抗匹配很差，导致其有大量的电磁波反射回空气中，且螺钉与螺帽结构不适合大面积涂装，给实际应用带来了困难。综上，现有的3D打印积水制备吸波材料的方法中仍然存在吸收频带窄、密度大，制备的吸波材料与自由空间的阻抗匹配差等问题，为此，有必要研究一种新的基于3D打印技术的吸波梯度材料及其制备方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种基于3D打印技术的吸波梯度材料及其制备方法，本专利技术通过阻抗匹配原理选取电磁参数梯度减小的材料，制备的梯度吸波材料不仅增大了电磁波入射到材料中的比例，还增强了材料对电磁波的吸收效果，同时，本专利技术方法制备的梯度吸波材料具有吸收强度高、重量轻、厚度薄等特点，且本专利技术工艺简单、安全可靠、操作方便。本专利技术的目的之一是提供一种基于3D打印技术的吸波梯度材料的制备方法。本专利技术的目的之二是提供一种吸波梯度材料。本专利技术的目的之三是提供基于3D打印技术的吸波梯度材料的制备方法及吸波梯度材料的应用。为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种基于3D打印技术的吸波梯度材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将纳米吸收剂、聚合物混合后加入分散剂中，在密封环境中使聚合物完全溶解于分散剂中，得到粉末悬浮液；(2)将步骤(1)中的粉末悬浮液干燥，得到粉末；(3)对步骤(2)中的粉末进行研磨后烧结成型和3D打印，即得层状堆叠的吸波梯度材料。步骤(1)中，所述纳米吸收剂、聚合物、分散剂的重量比为(1-5):(6-8):(2-9)。步骤(1)中，所述分散剂包括水、乙醇、丙酮、二甲醚、乙酸乙酯中的一种或几种。步骤(1)中，所述吸收剂粒径为1-100nm。步骤(1)中，所述纳米吸收剂为介电损耗粉体和磁损耗粉体的混合物。优选的，所述介电损耗粉体包括二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰、氧化铝中的一种或多种。优选的，所述磁损耗粉体为多晶铁、铁氧体、羰基铁、金属粉、氮化铁的一种或多种。优选的，所述介电损耗粉体和磁损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种。步骤(1)中，所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、尼龙12中的一种或多种。步骤(1)中，所述溶解的过程在100-150℃的温度下进行，然后采用机械搅拌进行冷却，优选的，搅拌速率为100-500rpm。优选的，步骤(2)中，先对粉末悬浮液通过滤纸过滤制成滤饼，然后在干燥箱内将其干燥后，再制成粉末。步骤(2)中，所述干燥温度为80-190℃，时间为1-10h，优选的，干燥在真空环境中进行。步骤(3)中，所述研磨在行星球磨机中进行，磨料球为氧化锆球，研磨时间为2-10h，行星球磨机转速为100-360rpm，磨料球的质量为粉末质量的1/3-2/3。步骤(3)中，所述烧结成型和3D打印采用激光烧结系统进行，工艺参数为：扫描速率1000-4000mm/s，扫描间距0.01-0.5mm，激光功率10-80W，激光能量密度为0.05-0.15J/mm2，单层厚度为0.02-0.2mm。其次，本专利技术公开了一种吸波梯度材料，所述吸波梯度材料为层状堆叠结构，其磁导率(μr)和介电常数(εr)在厚度方向上逐渐减小，在与空气接触的最后一层达到最小，所述吸波梯度材料由纳米吸收剂和聚合物组成，所述纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部。所述纳米吸收剂、聚合物、分散剂的重量比为(1-5):(6-8)。所述吸收剂粒径为1-100nm。所述纳米吸收剂为介电损耗粉体和磁损耗粉体的混合物。所述介电损耗粉体包括二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰、氧化铝中的一种或多种。优选的，所述介电损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种。优选的，所述磁损耗粉体为多晶铁、铁氧体、羰基铁、金属粉、氮化铁的一种或多种。优选的，所述磁损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种。所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、尼龙12中的一种或多种。最后，本专利技术还公开了基于3D打印技术的吸波材料的制备方法及吸波梯度材料在电子产品和电气设备中的应用。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果是：(1)本专利技术通过将纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部，在不影响吸波性能的前提下增大了吸波材料的耐候性；同时，由于优异的吸波性能需要吸波材料具有较大的介电损耗和磁损耗，而具有较大介电损耗和磁损耗的材料其介电常数和磁导率均较大，在空气与材料界面处电磁波容易发生反射，进入吸波材料内部的电磁波总量较少，即使得到有效衰减，其总的吸波性能也较差。本专利技术通过阻抗匹配原理选取电磁参数梯度减小的材料，使得材料与空气界面，材料内部界面间的电磁波得以顺利通过，增大了电磁波入射到材料中的比例，同时增强了材料对电磁波的吸收效果。(2)本专利技术通过调节聚合物中磁损耗和介电损耗材料的质量进而调节不同厚度中吸波材料的磁导率和介电常数，进而达到吸波材料与空气的阻抗匹配，吸波剂在2-18GHz及26-40GHz频率范围内反射损耗均大于10dB，具有良好的吸波性能。(3)采用本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印技术的吸波梯度材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将纳米吸收剂、聚合物混合后加入分散剂中，在密封环境中使聚合物完全溶解于分散剂中，得到粉末悬浮液；(2)将步骤(1)中的粉末悬浮液干燥，得到粉末；(3)对步骤(2)中的粉末进行研磨后烧结成型和3D打印，即得层状堆叠的吸波梯度材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术的吸波梯度材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将纳米吸收剂、聚合物混合后加入分散剂中，在密封环境中使聚合物完全溶解于分散剂中，得到粉末悬浮液；(2)将步骤(1)中的粉末悬浮液干燥，得到粉末；(3)对步骤(2)中的粉末进行研磨后烧结成型和3D打印，即得层状堆叠的吸波梯度材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米吸收剂、聚合物、分散剂的重量比为(1-5):(6-8):(2-9)；或，步骤(1)中，所述分散剂包括水、乙醇、丙酮、二甲醚、乙酸乙酯中的一种或几种；或，步骤(1)中，所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、尼龙12中的一种或多种；或，步骤(1)中，所述纳米吸收剂为介电损耗粉体和磁损耗粉体的混合物。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述介电损耗粉体包括二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰、氧化铝中的一种或多种；或，所述磁损耗粉体为多晶铁、铁氧体、羰基铁、金属粉、氮化铁的一种或多种；或，所述介电损耗粉体和磁损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述吸收剂粒径为1-100nm；或，步骤(1)中，所述溶解的过程在100-150℃的温度下进行，然后采用机械搅拌进行冷却，优选的，搅拌速率为100-500rpm；或，步骤(2)中，先对粉末悬浮液通过滤纸过滤制成滤饼，然后在干燥箱内将其干燥后，再制成粉末；或，步骤(2)中，所述干燥温度为80-190℃，时间为1-10h，优选的，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘久荣，吕龙飞，吴莉莉，刘伟，汪宙，王凤龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37