一种超宽入射角微波吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于微波吸波材料技术领域。本发明专利技术公开了一种超宽入射角微波吸波材料，其由由柔性基材制得的倾斜异形蜂窝结构和柔性基材上涂敷的石墨烯导电涂料组成；本发明专利技术还公开了一种超宽入射角微波吸波材料的制备方法，其包括超宽入射角微波吸波材料结构设计、柔性材料上印制石墨烯导电涂层产生表面电阻分布、制备倾斜异形蜂窝结构等步骤。本发明专利技术中的超宽入射角微波吸波材料吸波频率从毫米波到米波，入射角从正入射到高入射角，同时该材料具有低成本，工艺和产品环保，机械强度高，密度低，寿命长，耐高温以及阻燃等优点，同时本发明专利技术中的超宽入射角微波吸波材料可以收缩保存，可以降低运输成本和收藏空间，有利于保密测试外场的建设和使用。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽入射角微波吸波材料及其制备方法
本专利技术涉及微波吸波材料
，尤其是涉及一种超宽入射角微波吸波材料及其制备方法。
技术介绍
现有的吸波暗室材料基本按正入射需求进行设计和优化，暗室的设计反之也受材料的性能影响，基本都采用充裕的自由空间降低反射墙面的影响。如果降低暗室的空间需求，可以降低暗室的成本，但是较多的电磁波与吸波材料形成高入射角吸波。暗室设计时根据应用需求其各个部位的入射角范围基本是不变的，而大部分暗室属于此类暗室，此时采用普通吸波材料并非最佳选择。例如外场天线性能测试，需要将地表行波和反射去除，否则必须采用高天线和测试平台位置，增加操作难度和平台的成本，而地表行波和地表反射都需要高入射角吸波材料。如图1a）所示、在高入射角时吸波材料的性能随入射角度的增加而降低，特别是垂直极化，吸波性能入射角度从0°开始随着角度的增加而降低，其原因有入射阻抗随入射角的变化，也有吸波材料的表面直接反射（图1b）。为了实现在有限的空间高入射角的高效吸收必须满足两个条件，即与自由空间的阻抗匹配和吸波频率和角度范围内的入射波和反射波的相位匹配，微波暗室的电磁损耗吸波材料主要使用浸泡过介电型电磁损耗材料的导电碳黑涂料的非结构型聚氨酯泡沫，其细细的尖锥形状是为满足与自由空间的微波阻抗匹配而做的渐变形状设计。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种吸波频率从毫米波到米波、入射角从正入射到高入射角，具有低成本、工艺和产品环保、机械强度高、密度低、寿命长、耐高温以及阻燃等优点的超宽入射角微波吸波材料。本专利技术还提供了一种超宽入射角微波吸波材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种超宽入射角微波吸波材料，其由由柔性基材制得的倾斜异形蜂窝结构和柔性基材上涂敷的石墨烯导电涂料组成。作为优选，柔性基材选自纸、布、塑料薄膜、柔性泡沫板和由柔性材料粘接起来形成可折叠结构的硬质板，柔性基材的厚度为0.01～20mm；柔性基材只要满足在生产工艺和使用条件下的柔韧性和强度和以及低重量即可；进一步的，柔性基材为阻燃牛皮纸、芳纶纸或玻纤布，面密度为20～500g/m2。作为优选，柔性基材为阻燃牛皮纸，面密度180g/m2，蜂窝边长为1～5cm。作为优选，石墨烯导电涂料由石墨烯、粘合剂和溶剂组成，其粘度为100～3000mPa•s，度石墨烯的含量为1～40wt%，粘合剂的含量为10～60wt%，溶剂的含量为0～60wt%；石墨烯导电涂料的碳含量高于97wt%，其长径比大于500；作为优选，石墨烯的中值粒径d50小于15μm。作为优选，粘合剂为改性酚醛树脂，溶剂为乙二醇丁醚。作为优选，石墨烯导电涂层中还包括3～20wt%的导电炭黑。作为优选，石墨烯导电涂层中还添加有2wt%聚丙烯酸流平剂。作为优选，石墨烯为由无硫可膨胀石墨经600～900℃高温膨胀制得的石墨蠕虫，其比表面积大于60g/m2。作为优选，倾斜异形蜂窝的倾角为0～60°。一种超宽入射角微波吸波材料，该材料是蜂窝结构，该蜂窝的开口角度可以是斜角和任意角度的，该角度一般接近入射角（图1c），以及蜂窝截面可以是异形的，异形蜂窝结构是指蜂窝结构的横截面非恒定（常见蜂窝结构在任何高度的横截面都是一样的、恒定的），蜂窝横截面随部位的高度变化，这种变化使微波与涂有石墨烯吸波涂层的蜂窝壁有更多的交汇，产生更多的损耗。本专利技术提供一个全新的三维微波吸波材料的设计和制备工艺，解决大口径蜂窝的高频性能低下问题和高入射角性能低下问题；根据应用需求设计最优化的吸波蜂窝结构，吸波涂层可以通过通过印制法在基材表面涂敷，也可以通过浸渍，面对入射方向蜂窝的开口面可以是平面，也可以是尖锥和尖劈以实现最佳阻抗匹配。本专利技术中，制备石墨烯的原料为高比表面积石墨蠕虫，石墨蠕虫可以用市贩的无硫可膨石墨经过600℃以上高温膨化获得，高比表面积蠕虫的比表面积高于60m2/g，在与溶剂、树脂、添加剂等混合后，经高剪切旋转分散剥离后制得石墨烯导电涂料，旋转速度每分钟大于3000转，更好的每分钟大于5000转。石墨烯导电涂料的粒度通过激光粒度仪测试，d50小于15μm，更优选的d50小于12μm。石墨烯导电涂料的表面电阻根据涂层厚度和石墨烯含量在10～1000Ω/sq之间可调，优选范围在30-600Ω/sq。一种超宽入射角微波吸波材料的制备方法，包括以下步骤：S1.利用电磁仿真软件优化异形蜂窝结构的设计和选材，选择柔性基材和产品的蜂窝结构特征；S2.采用印制法印制石墨烯导电涂料在柔性基材上形成设计所需的表面电阻分布；S3.用节点胶粘接和拉伸制备所设计倾斜异形蜂窝结构，倾斜异形蜂窝倾斜角从0～60°。作为优选，石墨烯导电涂料其涂膜等效面电阻为10～1000Ω/sq。适合本专利技术的石墨烯导电涂料其等效面电阻范围在10～1000Ω/sq，更优的范围在30～300Ω/sq。作为优选，步骤S3制备获得所设计倾斜异形蜂窝结构后还可以在其表面浸渍或喷涂颜色装饰保护涂层。作为优选，步骤S3的过程具体为，用涂胶机在柔性基材上按设计涂敷节点胶，加热干燥溶剂达到触干，剪切至所需长度，按设计排列叠加柔性基材至所需层数或厚度，得到基材块，然后用高温压机或在真空袋内真空加热基材块固化节点胶，用拉伸机拉开基材块形成蜂窝状结构并固定。作为优选，步骤S3的过程具体为：用涂胶机在柔性基材上按设计涂敷节点胶，加热干燥溶剂达到触干，剪切至所需长度，按设计排列叠加柔性基材至所需层数或厚度，得到基材块，然后用高温压机或在真空袋内真空加热基材块固化节点胶，用电锯将蜂窝表面切成倾斜尖劈形状，然后用拉伸机拉开基材块形成蜂窝状结构并固定。步骤S1中，斜角异形蜂窝结构的设计采用电磁仿真软件优化形状和吸波涂料的微波电磁性能，涂料电磁性能为复合介电常数以及厚度或简单的表面复数方阻。通过电磁仿真软件优化蜂窝的设计，是把导电涂膜的介电常数或表面方阻，蜂窝尺寸和形状，材料形状和厚度，等等输入电脑程序进行电磁计算和优化，该程序可以是商业软件以及自编程序，常见的商用软件如HFSS，FDTD，CST，MOM等等可用于电磁计算，也可自编专用程序，更有效地实现设计快速优化，使用不同软件并不会改变本专利技术的权益。整理本专利技术的优化结果发现：与导电炭黑、金属粉、石墨粉和其它导电粉体相比较，石墨烯作为导电添加剂的效果更好，5GHz以上的高频用蜂窝尺寸不需要超过2cm（边长1cm），1GHz用蜂窝尺寸在6cm左右，超薄设计需要较小的蜂窝如0.5cm，如果采用普通蜂窝设计（所谓从上到下的直通蜂窝），当波长小过蜂窝内径时，吸波性能快速下降，通过异形蜂窝设计，高频（短波长）吸波截至频率可以从微波高移至毫米波。对于高入射角需求，蜂窝的倾斜角与入射角接近时性能最佳。性能要求决定其最小蜂窝厚度，蜂窝倾斜角和蜂窝内壁的涂层电阻分布和蜂窝厚度决定吸收的频率响应以及对入射角敏感度。本专利技术可设计生产的蜂窝应用频率从0.01～110GHz，频宽任意可选。最佳入射角可以从正入射至60°。蜂窝结构的形状只要满足可生产性，如正六角形，非正六角形，正方形，长方形和波浪形等等，以及类似蜂窝结构，如即两组同样等间距开槽二分之一以上的纸相互垂直插入形成的四边形结构。倾斜异形蜂窝结构是指在制备蜂窝结构时其节点胶的位置、宽度和角度可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超宽入射角微波吸波材料，其特征在于：其由由柔性基材制得的倾斜异形蜂窝结构和柔性基材上涂敷的石墨烯导电涂料组成。

【技术特征摘要】
1.一种超宽入射角微波吸波材料，其特征在于：其由由柔性基材制得的倾斜异形蜂窝结构和柔性基材上涂敷的石墨烯导电涂料组成。2.根据权利要求1所述的一种超宽入射角微波吸波材料，其特征在于：所述的石墨烯导电涂料由石墨烯、粘合剂和溶剂组成，其粘度为100～3000mPa·s，所述石墨烯的含量为1～40wt%，所述粘合剂的含量为10～60wt%，所述溶剂的含量为0～60wt%；所述石墨烯导电涂料的碳含量高于97%，其长径比大于500。3.根据权利要求2所述的一种超宽入射角微波吸波材料，其特征在于：所述的石墨烯导电涂层中还包括3～20wt%的导电炭黑。4.根据权利要求2所述的一种超宽入射角微波吸波材料，其特征在于：所述石墨烯为由无硫可膨胀石墨经600～900℃高温膨胀制得的石墨蠕虫，其比表面积大于60g/m2。5.根据权利要求1所述的一种超宽入射角微波吸波材料，其特征在于：所述倾斜异形蜂窝的倾角为0～60°。6.一种根据权利要求1所述的超宽入射角微波吸波材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.利用电磁仿真软件优化异形蜂窝结构的设计和选材，选择柔性基材和产品的蜂窝结构特征；S2.采用印制法印制石墨烯导电涂料在柔性基材上形成设计所需的表面电阻分布；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，寇亚虎，邓超然，
申请(专利权)人：西安安聚德纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61