一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法。该材料为层状结构，从上到下依次为：红外结构材料层、红外介质层、频选层、频选基底层、微波介质层、微波结构材料层、屏蔽底层；其中，红外结构材料层主要由呈周期性排布的混合尺寸金属微结构组成；红外介质层为在红外窗口具有良好透波特性的材料；频选层为周期性排布的金属结构组成；频选基底层为频选层提供平整的表面；微波介质层为微波段常用的透波材料，微波结构材料层为周期图案排布的损耗性电阻膜层；屏蔽底层为高电导率的碳纤维复合材料构成；本发明专利技术提出的结构材料，可设计性强，具有宽频微波吸收、红外低发射率和散热性能优异等特性，可实现红外与微波兼容低可探测性。

【技术实现步骤摘要】
一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法
本专利技术属于电磁波防护
，尤其涉及一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法。
技术介绍
随着复合探测与制导技术的快速发展，单一频段的低可探测性技术已难以满足武器装备的发展需求。因此有必要发展多波段兼容的低可探测性材料技术。目前红外、微波是常用的探测和制导手段，但同一材料实现红外、微波兼容的低可探测性存在固有矛盾，原因在于红外伪装需要材料具有低吸收率和高反射特性，而微波低可探测性则要求材料能实现电磁强吸收、低反射特性。因此如何破解上述技术矛盾，一直以来都是本领域研究的热点。由于红外和微波存在明显的频段差异，超材料技术可通过材料结构的精心设计实现跨波段工作，有望为上述问题解决提供新的技术思路。专利技术专利ZL201711498947.X、ZL201610837738.2、ZL201310078127.0、ZL201110052236.6分别公开了四种红外、微波兼容低可探测性材料及其制备方法，通过采用超材料技术实现了红外、微波兼容低可探测性，虽然上述专利实现了在波长为3～5um和8～14um之间低发射率，但是在其他波段，例如5～8um范围内发射率也低，会导致物体散热效果差，物体本身温度会急剧升高，易被探测从而增加暴露的风险专利技术专利CN106393847A采用多层膜的设计方案研制出红外伪装材料，在3～5um范围内发射率低于0.3，在5～8um范围内实现了高辐射，具有良好的红外伪装和热稳定性，但是在8～14um范围内不具备红外伪装效果，以及不兼顾微波低可探测性性能，同时，由于膜层数量太多导致材料加工难度大、成本高。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出了一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法，实现红外、微波兼容低可探测性的同时，在非大气窗口具备高的红外发射率，使得目标具有优异的热稳定性，从而大幅度提高了自身安全。本专利技术属于电磁波防护
，尤其涉及到红外、微波低可探测性材料及其制备方法。本专利技术采用的技术方案为：一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法。该材料为层状结构，从上到下依次为：红外结构材料层、红外介质层、频选层、频选基底层、微波介质层、微波结构材料层、屏蔽底层；其中，红外结构材料层主要由呈周期性排布的混合尺寸金属微结构组成；红外介质层为在红外窗口具有良好透波特性的材料；频选层为周期性排布的金属结构组成；频选基底层为频选层提供平整的表面；微波介质层为微波段常用的透波材料，微波结构材料层为周期图案排布的损耗性电阻膜层；屏蔽底层为高电导率的碳纤维复合材料构成；本专利技术提出的该结构材料，可设计性强，具有宽频微波吸收和红外低发射率特性，可实现红外与微波兼容低可探测性。此外，该材料还具有优异的散热性能，能够有效地解决红外伪装与热平衡管理这一矛盾。所述的频选层金属结构材料包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)或铝(Al)。所述的频选层周期性金属结构是指呈正方形阵列分布的贴片图案，前述正方形贴片边长为0.3mm～2mm，正方形贴片边长与贴片周期的尺寸比为0.85～0.98，厚度1μm～15μm。所述的频选层基底材料为PET或PI等薄膜材料。所述的红外介质层材料包括ZnO、ZnS、CdS、ZnTe等其中一种，在3μm～14μm波长范围内具有优异的透波特性。所述的红外介质层与频选层具相同的阵列结构与尺寸参数。所述的红外结构材料层的金属结构周期(超级单元周期)优选为2～8μm，厚度为100nm～300nm，金属结构材质包括金(Au)、银(Ag)、或铝(Al)，金属结构形状可为圆柱、棱柱、椭圆柱，每N×N(N为大于1的整数)个金属结构作为一个超级周期单元，前述超级周期单元中包含至少两种不同金属结构尺寸，每个单元结构尺寸特征为超级单元周期的1/N。红外结构材料层的金属结构呈周期性分布在红外介质层阵列贴片上。所述的微波介质层为连续透波纤维增强树脂基复合材料，厚度为0.5mm～10mm。所述的微波结构材料层为由格状、环状或片状电阻膜层图案按正方形阵列分布排列而成，前述图案周期为2mm～15mm，电阻膜层的方阻值为10Ω/sq～600Ω/sq。所述的微波结构材料层基底材料为PI薄膜材料。所述的屏蔽底层为碳纤维复合材料。一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料的制备方法，按以下步骤制备成型：(1)红外结构材料层、红外介质层和频选层制备采用磁控溅射的镀膜工艺在PI膜上依次沉积所设计厚度的频选层膜层、红外介质层膜层和红外结构材料层膜层。通过第一次刻蚀，加工出红外结构材料层微结构，按照设计尺寸将整个红外结构材料层膜层刻蚀加工出具有阵列特点的金属结构，刻蚀完后清洁处理。通过第二次刻蚀，按设计尺寸从最表层的红外结构材料层膜层开始向频选层膜层刻蚀周期性缝隙，直到PI膜基底为止，刻蚀完清洁处理。通过以上制备得到红外伪装部分样件。(2)微波结构材料层制备采用丝网印刷工艺，将相应阻值的电阻油墨印制在PI薄膜表面，水平静置8～10min，然后放入烘箱在150℃高温下，保温烘烤40min后取出，得到电阻型超材料层。(3)微波吸收部分制备裁剪：按照设计尺寸分别对电阻型超材料层、碳纤维预浸料和玻纤预浸料进行裁剪；铺层：从下到上依次铺碳纤维预浸料、玻纤预浸料，在玻纤预浸料铺层过程中，将电阻型超材料层嵌入设计的厚度位置尺寸。固化成型：上述过程完成后，得到预制胚体。制作适当尺寸的真空袋，将预制胚体放入真空袋进行排气压实，确保气密性后，预制胚体连同真空袋一起移入复合材料固化设备腔体中，加热固化成型。(4)粘接采用常温固化胶水将红外伪装部分样件和微波吸收部分样件进行粘接。待胶水固化后得到红外、微波兼容的低可探测性结构材料样件。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术实现了红外、微波兼容的低可探测性；(2)本专利技术在红外窗口具有低发射率，非红外窗口波段具有高发射率，实现了热平衡；(3)本专利技术可设计性强，可根据具体频段进行低可探测性设计；(4)本专利技术红外低可探测性部分具有柔性，易于加工异形件。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是本专利技术中的结构示意图；图2是本专利技术实施例1、实施例2中的频选层阵列单元结构示意图；图3是本专利技术实施例1中的红外结构材料层示意图；图4是本专利技术实施例1中红外伪装设计效果；图5是本专利技术实施例1中的微波反射率设计效果；图6是本专利技术实施例2中的红外结构材料层示意图；图7是本专利技术实施例2中红外伪装设计效果；图8是本专利技术实施例2中的微波反射率设计效果。图例说明：1、红外结构材料层；2、红外介质层；3、频选层；4、频选层基底；5、嵌入微波介质中的微波结构材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：该材料为层状结构，从上到下依次为：红外结构材料层、红外介质层、频选层、频选基底层、微波介质层、微波结构材料层、屏蔽底层；其中，红外结构材料层主要由呈周期性排布的混合尺寸金属微结构组成；红外介质层为在红外窗口具有良好透波特性的材料；频选层为周期性排布的金属结构组成；频选基底层为频选层提供平整的表面；微波介质层为微波段常用的透波材料，微波结构材料层为周期图案排布的损耗性电阻膜层；屏蔽底层为高电导率的碳纤维复合材料构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：该材料为层状结构，从上到下依次为：红外结构材料层、红外介质层、频选层、频选基底层、微波介质层、微波结构材料层、屏蔽底层；其中，红外结构材料层主要由呈周期性排布的混合尺寸金属微结构组成；红外介质层为在红外窗口具有良好透波特性的材料；频选层为周期性排布的金属结构组成；频选基底层为频选层提供平整的表面；微波介质层为微波段常用的透波材料，微波结构材料层为周期图案排布的损耗性电阻膜层；屏蔽底层为高电导率的碳纤维复合材料构成。


2.根据权利要求1所述的一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：所述的频选层金属结构材料包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)或铝(Al)，所述的频选层周期性金属结构是指呈正方形阵列分布的贴片图案，前述正方形贴片边长为0.3mm～2mm，正方形贴片边长与贴片周期的尺寸比为0.85～0.98，厚度1μm～15μm。


3.根据权利要求1所述的一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：所述的频选层基底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺(PI)等薄膜材料。


4.根据权利要求1所述的一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：所述的红外介质层材料包括ZnO、ZnS、CdS、ZnTe等其中一种，在3um～14um波长范围内具有优异的透波特性。


5.根据权利要求1所述的一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：所述的红外介质层与频选层具由相同的阵列结构与尺寸参数。


6.根据权利要求1所述的一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特征在于：所述的红外结构材料层的金属结构周期(超级单元周期)优选为2～8μm，厚度为100nm～300nm，金属结构材质包括金(Au)、银(Ag)、或铝(Al)，金属结构形状可为圆柱、棱柱、椭圆柱，每N×N(N为大于1的整数)个金属结构作为一个超级周期单元，前述超级周期单元中包含至少两种不同金属结构尺寸，每个单元结构尺寸特征为超级单元周期的1/N，红外结构材料层的金属结构呈周期性分布在红外介质层阵列贴片上。


7.根据权利要求1所述的一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，黄成，彭金强，蒲明博，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51