一种低频和宽频微波吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低频和宽频微波吸波材料，该材料是磁性吸波材料复合尖锥吸波蜂窝结构，蜂窝壁的一部分在已有的石墨烯导电吸波涂层表面涂敷或镶嵌一层磁性吸波材料，利用磁性吸波材料增加低频吸收，降低吸波材料高度，由于磁性吸波材料的空间占比比较低，平均有效磁导率增加较小而由于导电吸波涂层的存在增加了介电常数和损耗，所以不会出现低阻抗介电吸波材料之间出现高阻抗磁性吸波材料，吸波材料的整体阻抗变化平缓，可以实现超宽频和超低频吸波；产品生产工艺和产品环保，机械强度高，密度较低，寿命长，耐高温以及阻燃等优点，解决了非结构泡沫吸波材料的低性能，体积大，没有必需的机械强度，重量重，寿命短，耐热性差，不环保等多种弊端。

A Low-frequency and Broadband Microwave Absorbing Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种低频和宽频微波吸波材料及其制备方法
本专利技术属于微波吸收材料领域，具体涉及一种低频和宽频微波吸波材料及其制备方法
技术介绍
在有限的空间实现高微波反射吸收必须满足两个条件，即与自由空间的阻抗匹配和吸波范围内的入射波和反射波的相位匹配，对于平板吸波材料，在正入射时材料阻抗为(μ/ε)0.5(μ和ε分别是材料的磁导率和介电常数)，自由空间的相对阻抗为1，相位匹配是指材料的电磁厚度为四分之一倍波长。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。由于泡沫的柔性特征粘附在垂直墙面时使其容易弯曲变形，影响其性能和使用寿命。吸波尖锥的高度与所吸收最长波长成正比，或最低频率成反比。这类产品可以在半波长高度时实现20dB的反射衰减或一个波长的高度时40dB反射衰减。为了实现更低频率的吸波，可以对尖锥进行截尖处理，降低高度，但是还是难以实现在波长3m(100MPa)的20dB反射衰减，因为吸波材料的高度已经超过1.5m(例如美国CumingMicrowave的C-RAMSFC-EM(390-3))。采用6mm厚磁性(吸波)瓦既可以实现30MHz(波长10m)10dB以上的反射衰减，磁瓦在1GHz以上的高频吸收太少，必须与其它低损耗型吸波尖锥复合使用(例如美国CumingMicrowave的C-RAMHFP)，磁瓦比较重，面密度为每平方米约30公斤，总高度还是超过1m，施工成本和材料成本都很高。这种材料组合难以实现30dB以上的反射衰减，这种设计的根本问题是阻抗匹配问题，磁瓦是高磁导率材料，其阻抗很大，大于自由空间的本征阻抗，而介电型的吸波尖锥的阻抗很小，金属衬底为零，在金属衬底和吸波尖锥之间存在一个阻抗很大的磁瓦，所以采用这种设计既无法发挥磁性材料的最佳性能，也无法发挥介电吸波材料的最佳性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种低频和宽频微波吸波材料，吸波频率从毫米波到10米波(频率30MHz)，通过电磁仿真优化设计也可以实现频率选择性吸波，同时该材料具有合理可接受的高度用于多用途暗室建设，特别是此类暗室可以同时实现屏蔽、天线和雷达反射截面等测试。产品生产工艺和产品环保，机械强度高，密度较低，寿命长，耐高温以及阻燃等优点，解决了非结构泡沫吸波材料的低性能，体积大，没有必需的机械强度，重量重，寿命短，耐热性差，不环保等等多种弊端。为了提高吸波材料的吸波范围，解决非结构泡沫吸波材料的低性能、体积大、没有必需的机械强度、重量重、寿命短、耐热性差、不环保的技术问题，本专利技术提供一种低频和宽频微波吸波材料及其制备方法，具体技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种低频和宽频微波吸波材料，所述微波吸波材料的结构为蜂窝结构，所述蜂窝结构表面上覆有石墨烯导电涂料和磁性吸波涂料。在一个具体实施方式中，所述蜂窝结构由基材制得，所述基材为柔性基材或由所述柔性基材粘接形成可折叠结构的硬质板基材；所述柔性基材为纸、布、塑料薄膜、柔性泡沫板中的至少一种，且所述柔性基材的厚度为0.01-20mm，所述硬质板基材为复合材料板、塑料板、厚纸板、印刷电路板中的至少一种。在一个具体实施方式中，所述柔性基材为阻燃牛皮纸、芳纶纸、玻纤布、玻纤纸中的至少一种，且所述柔性基材的面密度为20-500g/m2。在一个具体实施方式中，所述石墨烯导电涂料包括：高纯度石墨烯、导电炭黑、导电碳纳米管、粘合剂、助剂、溶剂；所述高纯度石墨烯的添加量为所述石墨烯导电涂料总重量的1％-40％；所述石墨烯导电涂料的碳含量高于97％，且所述石墨烯导电涂料中的石墨烯长径比大于500。在一个具体实施方式中，所述磁性吸波涂料包括：磁性微波吸波剂、粘合剂、助剂、溶剂。在一个具体实施方式中，磁性微波吸波剂包括：铁氧体粉、铁硅铝合金粉、铁镍合金粉、羰基铁粉中的至少一种；所述铁氧体粉为镍锌铁氧体；所述铁硅铝合金粉为片状铁硅铝；所述铁镍合金粉为片状铁镍合金粉；所述磁性微波吸波剂的添加量为所述磁性吸波涂料总重量的30-80％。第二方面，本专利技术实施例提供了一种低频和宽频微波吸波材料的制作方法，包括如下步骤：S1.利用电磁仿真软件确定蜂窝结构的结构特征和基材；S2.根据所述结构特征，用所述基材制备具有所述结构特征的蜂窝结构；所述制备具有所述结构特征的蜂窝结构的方法包括：在基材上设置节点胶，利用拉伸工艺制备得到具有所述结构特征的蜂窝结构；或者，将基材通过切缝互嵌，形成所述具有所述结构特征的蜂窝结构，采用将基材通过切缝互嵌的方法制备得到的蜂窝结构的截面为四边形；S3.利用物理剥离法生产石墨烯导电涂料；所述的石墨烯导电涂料的涂膜等效面电阻范围为10-1000Ω/sq；S4.在所述石墨烯导电涂料中浸渍所述蜂窝结构，得到一次处理蜂窝结构，使所述一次处理蜂窝结构表面的电阻分布满足预设电阻分布；S5.在所述磁性吸波涂料中浸渍所述一次处理蜂窝结构，使浸渍后的所述一次处理蜂窝结构表面的磁性吸波涂层分布满足预设磁性吸波涂层分布。在一个具体实施方式中，所述在基材上设置节点胶，利用拉伸工艺制备得到具有所述结构特征的蜂窝结构包括：用涂胶机在基材上按蜂窝结构的结构特征涂敷节点胶，对所述节点胶加热并干燥，使节点胶达到触干状态，剪切所述基材至预设长度，按蜂窝结构的结构特征排列叠加所述基材至预设层数或预设厚度，得到基材块，然后用高温压机或在真空袋内真空加热所述基材块固化节点胶，用拉伸机拉开固化节点胶后的基材块，形成具有所述结构特征的蜂窝结构。在一个具体实施方式中，所述基材为柔性基材或硬质板基材，所述柔性基材为阻燃牛皮纸；所述硬质板基材为酚醛玻纤布或印刷电路板，所述石墨烯导电烯涂料的粘合剂为水性酚醛树脂。在一个具体实施方式中，所述磁性吸波涂料包括镍锌铁氧体Ni0.2Zn0.8Fe2O4和片状铁硅铝粉，所述磁性吸波涂料的粘合剂为环氧改性酚醛树脂。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供了一种低频和宽频微波吸波材料，该材料是磁性吸波材料复合尖锥吸波蜂窝结构，蜂窝壁的一部分在已有的导电吸波涂层表面涂敷或镶嵌一层磁性吸波材料，利用磁性吸波材料增加低频吸收，降低吸波材料高度，由于磁性吸波材料的空间占比比较低，平均有效磁导率增加较小而由于导电吸波涂层的存在增加了介电常数和损耗，所以不会出现低阻抗介电吸波材料之间出现高阻抗磁性吸波材料，吸波材料的整体阻抗变化平缓，可以实现超宽频和超低频吸波；产品生产工艺和产品环保，机械强度高，密度较低，寿命长，耐高温以及阻燃等优点，解决了非结构泡沫吸波材料的低性能，体积大，没有必需的机械强度，重量重，寿命短，耐热性差，不环保等等多种弊端。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1-图2是以初始磁导率和吸波性能为参数，吸波材料对不同频率的最低厚度要求的示意图。图3是从吸波材料底部开始的归一化阻抗在不同吸波材料位置高度的大小。图4是300mm厚蜂窝表面方阻渐变吸波蜂窝的预测性能。图5是蜂窝的生产示意图以及常见的节点胶涂敷形状，图中的1代表衬底，2代表节点胶。图6显示异形蜂窝节点胶的涂敷形状案例，该蜂窝的横截面非恒定，蜂窝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低频和宽频微波吸波材料，其特征在于，所述微波吸波材料的结构为蜂窝结构，所述蜂窝结构表面上覆有石墨烯导电涂料和磁性吸波涂料。

【技术特征摘要】
1.一种低频和宽频微波吸波材料，其特征在于，所述微波吸波材料的结构为蜂窝结构，所述蜂窝结构表面上覆有石墨烯导电涂料和磁性吸波涂料。2.根据权利要求1所述的微波吸波材料，其特征在于，所述蜂窝结构由基材制得，所述基材为柔性基材或由所述柔性基材粘接形成可折叠结构的硬质板基材；所述柔性基材为纸、布、塑料薄膜、柔性泡沫板中的至少一种，且所述柔性基材的厚度为0.01-20mm，所述硬质板基材为复合材料板、塑料板、厚纸板、印刷电路板中的至少一种。3.根据权利要求2所述的微波吸波材料，其特征在于，所述柔性基材为阻燃牛皮纸、芳纶纸、玻纤布、玻纤纸中的至少一种，且所述柔性基材的面密度为20-500g/m2。4.根据权利要求1所述的微波吸波材料，其特征在于，所述石墨烯导电涂料包括：高纯度石墨烯、导电炭黑、导电碳纳米管、粘合剂、助剂、溶剂；所述高纯度石墨烯的添加量为所述石墨烯导电涂料总重量的1％-40％；所述石墨烯导电涂料的碳含量高于97％，且所述石墨烯导电涂料中的石墨烯长径比大于500。5.根据权利要求1所述的微波吸波材料，其特征在于，所述磁性吸波涂料包括：磁性微波吸波剂、粘合剂、助剂、溶剂。6.根据权利要求5所述的微波吸波材料，其特征在于，磁性微波吸波剂包括：铁氧体粉、铁硅铝合金粉、铁镍合金粉、羰基铁粉中的至少一种；所述铁氧体粉为镍锌铁氧体；所述铁硅铝合金粉为片状铁硅铝；所述铁镍合金粉为片状铁镍合金粉；所述磁性微波吸波剂的添加量为所述磁性吸波涂料总重量的30-80％。7.一种用于制备权利要求1所述的低频和宽频微波吸波材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.利用电磁仿真软件确定蜂窝结构的结构特征和基材；S2.根据所述结构特征，用所述基材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，寇亚虎，
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