一种基于马赛克结构的吸波材料及其设计方法、制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于马赛克结构的吸波材料及其设计方法、制作方法。所述吸波材料具有一定厚度的底部；所述底部表面设置有周期排列的正方形结构单元；所述底部与正方形结构单元的材料相同；所述正方形结构单元之间设有间隔；所述吸波材料的底部内设有用于增强底部力学性能的呢绒丝网。本发明专利技术所设计的吸波材料在X波段具有优异的电磁吸收性能，在整个X波段范围内反射率能够达到‑10dB及以上。本发明专利技术所提供的吸波材料不仅具有良好微波吸收性能，而且具有良好力学性能，为高性能柔性吸波材料制造提供了一种有效的技术方案。

A Radar Absorbing Material Based on Mosaic Structure and Its Design Method and Fabrication Method

The invention discloses a mosaic-based absorbing material, a design method and a manufacturing method. The absorbing material has a bottom with a certain thickness; the bottom surface is provided with periodically arranged square structural units; the bottom is the same as the material of the square structural units; there are intervals between the square structural units; and the bottom of the absorbing material is provided with woolen silk mesh for enhancing the mechanical properties of the bottom. The microwave absorbing material designed by the invention has excellent electromagnetic absorption performance in X-band, and the reflectivity can reach 10dB or more in the whole X-band range. The microwave absorbing material provided by the invention not only has good microwave absorption performance, but also has good mechanical properties, thus providing an effective technical scheme for manufacturing high-performance flexible microwave absorbing material.

【技术实现步骤摘要】
一种基于马赛克结构的吸波材料及其设计方法、制作方法
本专利技术涉及电磁防护处理技术和电磁功能材料制造
，具体涉及一种基于马赛克(Mosaic)结构的吸波材料及其设计方法、制作方法。
技术介绍
随着电子工业、无线电通讯等技术的迅速发展，电磁波辐射对环境的危害日益突出，对常用的通信和计算机等电子系统造成严重危害。吸波材料能够对电磁波进行有效吸收，并能防止电磁波的二次散射，因此，吸波材料在电磁防护上正发挥着越来越重要的作用。柔性吸波材料由于吸波性能好、表面适应性强、使用方便，已逐渐成为吸波材料研究的热点。现有的有关柔性吸波材料的报道多为橡胶基吸波贴片或纤维丝织布，如中国专利技术专利CN102427712A给出了一种马赛克拼合的电磁屏蔽片材及其制备方法，将碳纤维长丝束屈曲排列的电磁屏蔽片切片和碳纤维长丝束伸直排列的电磁屏蔽片切片以马赛克方式拼合在一起，通过这种马赛克拼合的二级结构很好地兼顾两者在吸波效能上的优势，提高材料的整体吸波值和吸波频率范围，该专利技术通过碳纤维长丝束的排列和组合的方式来改善材料的电磁性能。中国专利技术专利CN101407975A叙述了一种柔性非织造吸波材料的制备方法及其制品，该吸波材料为吸波碳纤维和涤纶纤维混合针刺法非织造布，通过纤维原料的选配、纤维混合、梳理成网、铺网和加固五个步骤成型，这种吸波材料具有良好的吸波效果、质地轻、易铺卷等优点。中国专利技术专利CN104505598A提供了一种金属/柔性介质层/金属周期结构吸波材料及其制备方法，其为在柔性衬底的一面沉积金属膜，在柔性衬底的另一面旋涂电子束光刻胶，曝光光刻胶形成周期结构的光刻胶图形，再沉积一层金属膜并进行剥离，可以通过调整周期结构的形状、周期和介质层的厚度调节电磁波的吸收频段。2011年第38卷第6期《世界橡胶工业》期刊中公开文献“橡胶吸波材料研究进展”综合论述了柔性橡胶吸波材料的吸收机制以及国内外发展现状。2015年第43卷第9期《棉纺织技术》期刊中公开文献“吸波涂层织物的制备及其力学性能研究”报道了以涤纶织物为基布，以环氧树脂为基体，在基布上进行铁氧体复合涂层整理，制备0.5毫米涂层厚度的柔性纺织涂层复合织物。这些已有的技术方案与本专利技术提出的电磁吸波材料性能调节方法、制备方法、物理特性增强方法等方面存在明显的差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于马赛克(Mosaic)结构的吸波材料及其设计方法、制作方法，该吸波材料不仅具有良好微波吸收性能，而且具有良好力学性能，为高性能柔性吸波材料制造提供了一种有效的技术方案。为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于马赛克结构的吸波材料，其中，所述吸波材料具有一定厚度的底部；所述底部表面设置有周期排列的正方形结构单元；所述底部与正方形结构单元的材料相同；所述正方形结构单元之间设有间隔；所述吸波材料的底部内设有用于增强底部力学性能的呢绒丝网。本专利技术还提供了一种上述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其包含以下步骤：步骤1：吸波材料的配方设计：根据不同电磁吸收剂含量和材料总的厚度下的吸波材料在所关注的吸收频率范围内的反射率，确定最优的吸波材料中电磁吸收剂含量以及吸波材料总的厚度；步骤2：吸波材料结构优化：将吸波材料底部的厚度和正方形结构单元之间的间隔宽度设为定值，并根据不同正方形结构单元边长下的吸波材料在所关注的吸收频率范围内的反射率，确定最优的正方形结构单元边长。上述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其中，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：原料选择：根据吸波材料的工作频率和耐环境特性要求，选择合适的电磁吸收剂和粘结剂；步骤1.2：电磁参数库准备：将电磁吸收剂和粘结剂以不同比例混合，测试混合物的电磁参数，通过拟合公式建立起电磁吸收剂含量与混合物的电磁参数之间的对应关系；步骤1.3：循环计算：在每次吸波材料反射率计算中，利用随机函数产生混合物中电磁吸收剂的含量和吸波材料总的厚度，根据步骤1.2中所建立的电磁吸收剂含量与混合物电磁参数之间的对应关系，计算得到该混合物的电磁参数，再计算出该配方下吸波材料的反射率，并将计算的反射率以及对应的电磁吸收剂含量和吸波材料总的厚度记录下来；步骤1.4：结果寻优：步骤1.3完成后，根据记录找出所关注的吸收频率范围内反射率的最优结果，并根据记录找到该反射率下吸波材料对应的电磁吸收剂含量和厚度，从而完成吸波材料的配方设计。上述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其中，步骤1.2中，所述拟合公式为：其中，υ＝ap2+bp+c，式中，φeff表示混合物的等效介电常数或磁导率，φi为粘结剂的电磁参数，φm为最高浓度的混合物的等效电磁参数，p表示计算低浓度混合物的等效电磁参数时向最高浓度混合物中所需要添加的粘结剂的含量，a、b和c为拟合参数，通过对测试的各个浓度的混合物等效电磁参数拟合计算而获得。上述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其中，步骤1.3中，所述反射率的计算公式为：式中，Zin为输入阻抗；Z0为自由空间的特性阻抗，其大小为377Ω；f为入射电磁波的频率；C为电磁波在自由空间中的传播速度；d为吸波材料总的厚度；εr和μr为吸波材料相对介电常数和相对磁导率；RL为吸波材料的反射率。上述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其中，所述步骤2具体包括以下步骤：将吸波材料底部的厚度和正方形结构单元之间的间隔宽度设为定值；利用仿真计算得到正方形结构单元不同边长时的吸波材料的反射率曲线；根据所关注的吸收频率范围确定合适的正方形结构单元边长。本专利技术还提供了一种上述的基于马赛克结构的吸波材料的制作方法，其包含以下步骤：步骤1：制造与所述吸波材料结构相匹配的模具；步骤2：将电磁吸收剂和粘结剂混合均匀后涂在所述模具内并在混料中设置呢绒丝网；将混料静置一段时间，直至完全固化；步骤3：将固化后的混料从模具中剥离下来，得到所述的基于马赛克结构的吸波材料。上述的基于马赛克结构的吸波材料的制作方法，其中，在步骤1中，所述模具包括：四周封闭的模具边缘、设置在模具边缘内的多个周期排列的正方形凹槽槽壁及设置在模具边缘上的多个用于挤压释放出多余混料的沟槽；所述正方形凹槽槽壁之间形成正方形凹槽；所述模具边缘的高度高于正方形凹槽槽壁的高度。上述的基于马赛克结构的吸波材料的制作方法，其中，所述步骤2具体包括以下步骤：将电磁吸收剂和粘结剂混合均匀后涂在所述模具内，使模具中正方形凹槽刚好被填满；将呢绒丝网平铺在模具内混料的表面后，继续浇注混料直至填满整个模具；在混料表面加盖玻璃纸，并利用平板加盖在玻璃纸表面，保持施加一定的压力，使多余的混料从沟槽中流出；将混料静置一段时间，直至完全固化。上述的基于马赛克结构的吸波材料的制作方法，其中，所述步骤3具体包括以下步骤：混料完全固化后，去除平板和玻璃纸，将固化的混料从模具中剥离下来，去除毛边和飞边后得到所述的基于马赛克结构的吸波材料。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种基于马赛克结构的吸波材料及其设计方法、制作方法，并给出了仿真实例，结果表明所设计的吸波材料在X波段具有优异的电磁吸收性能，在整个X波段范围内反射率能够达到-10dB及以上。本专利技术所提供的吸波材料不仅具有良好微波吸收性能，而且具有良好力学性能，为高性能柔性吸波材料制造提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于马赛克结构的吸波材料，其特征在于，所述吸波材料具有一定厚度的底部；所述底部表面设置有周期排列的正方形结构单元；所述底部与正方形结构单元的材料相同；所述正方形结构单元之间设有间隔；所述吸波材料的底部内设有用于增强底部力学性能的呢绒丝网。

【技术特征摘要】
1.一种基于马赛克结构的吸波材料，其特征在于，所述吸波材料具有一定厚度的底部；所述底部表面设置有周期排列的正方形结构单元；所述底部与正方形结构单元的材料相同；所述正方形结构单元之间设有间隔；所述吸波材料的底部内设有用于增强底部力学性能的呢绒丝网。2.一种如权利要求1所述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其特征在于，其包含以下步骤：步骤1：吸波材料的配方设计：根据不同电磁吸收剂含量和材料总的厚度下的吸波材料在所关注的吸收频率范围内的反射率，确定最优的吸波材料中电磁吸收剂含量以及吸波材料总的厚度；步骤2：吸波材料结构优化：将吸波材料底部的厚度和正方形结构单元之间的间隔宽度设为定值，并根据不同正方形结构单元边长下的吸波材料在所关注的吸收频率范围内的反射率，确定最优的正方形结构单元边长。3.如权利要求2所述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：原料选择：根据吸波材料的工作频率和耐环境特性要求，选择合适的电磁吸收剂和粘结剂；步骤1.2：电磁参数库准备：将电磁吸收剂和粘结剂以不同比例混合，测试混合物的电磁参数，通过拟合公式建立起电磁吸收剂含量与混合物的电磁参数之间的对应关系；步骤1.3：循环计算：在每次吸波材料反射率计算中，利用随机函数产生混合物中电磁吸收剂的含量和吸波材料总的厚度，根据步骤1.2中所建立的电磁吸收剂含量与混合物电磁参数之间的对应关系，计算得到该混合物的电磁参数，再计算出该配方下吸波材料的反射率，并将计算的反射率以及对应的电磁吸收剂含量和吸波材料总的厚度记录下来；步骤1.4：结果寻优：步骤1.3完成后，根据记录找出所关注的吸收频率范围内反射率的最优结果，并根据记录找到该反射率下吸波材料对应的电磁吸收剂含量和厚度，从而完成吸波材料的配方设计。4.如权利要求3所述的基于马赛克结构的吸波材料的设计方法，其特征在于，步骤1.2中，所述拟合公式为：其中，υ＝ap2+bp+c，式中，φeff表示混合物的等效介电常数或磁导率，φi为粘结剂的电磁参数，φm为最高浓度的混合物的等效电磁参数，p表示计算低浓度混合物的等效电磁参数时向最高浓度混合物中所需要添加的粘结剂的含量，a、b和c为拟合参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁黎明，许勇刚，戴飞，张元，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31