一种多功能、耐高温、宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法和应用技术

一种多功能、耐高温、宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法和应用，本发明专利技术要解决目前无法获取纤维的本征电磁参数，得到同时兼具吸收多功能、超薄、轻质、耐高温、可批量制备、稳定、优良力学的宽频电磁波吸收性能的吸波材料的问题。本发明专利技术通过获得本征电磁参数，利用遗传算法结合CST软件的指导，使用编织机制备了宽频电磁波吸收的周期性纤维编织材料。本发明专利技术制备的纤维编织材料创新之处在于获得了纤维材料的本征电磁参数，在算法和模拟的指导下优化材料的周期性宏观结构，充分发挥了材料电磁损耗，同时与周期性结构的谐振损耗相配合。本发明专利技术应用于电磁波吸收材料领域。本发明专利技术应用于电磁波吸收材料领域。本发明专利技术应用于电磁波吸收材料领域。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能、耐高温、宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电磁波吸收材料的制备及应用领域，具体涉及多功能、可大批量制备、优良力学性能、超薄、轻质、耐高温、稳定宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着信息技术的飞速发展,环境中存在的辐射污染已经成为一个不可忽视的问题,它不仅可以干扰电子设备的操作,还会对人类健康造成伤害。因此,对电磁波吸收材料的要求不仅限于单纯的吸收强度，更加对于柔性、力学性能以及多领域的耐受性都提出了复杂的要求，这都大大的提升了对吸波材料研究的难度。
[0003]因此,全波段的吸波材料的研发和应用显得尤为重要。近年来的被开发的具有吸波性能的材料体系以及结构的种类纷繁复杂，对于已知材料在吸波领域的深入开发仍有欠缺，且很少有人探究结构、材料等与吸波性能的直接关系，及在调整结构和探索过程中其吸波性能得到优化的根本原因，难以有目的的调控吸波性能。这样导致部分吸波性能优良，但有效吸收频段随机、无法有效控制、吸波材料的综合性能较差；而也有极少数的学者致力于通过模拟计算等，却缺少实验与之对应、结构无法和实际性能同步，研究过程冗杂缓慢，从而使理论无法应用到实际生产中。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决目前无法获取纤维的本征电磁参数，以得到同时兼具吸收多功能、超薄、轻质、耐高温、可批量制备、稳定、优良力学的宽频电磁波吸收性能的吸波材料的问题。
[0005]本专利技术通过获得本征电磁参数，利用遗传算法结合CST软件的指导，使用编织机制备了宽频电磁波吸收的周期性纤维编织材料。本专利技术制备的纤维编织材料创新之处在于获得了纤维材料的本征电磁参数，在算法和模拟的指导下优化材料的周期性结构，充分发挥了材料电磁损耗，同时与周期性结构的谐振损耗相配合，最终实现了超宽频吸收，高效且低成本地获得了一种多功能、超薄、轻质、耐高温、可批量制备、优良力学性能、稳定的宽频电磁波吸收的周期性纤维编织材料及其应用。
[0006]本专利技术的多功能、可大批量制备、优良力学性能、超薄、轻质、耐高温、稳定宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法，是按照以下步骤进行的：
[0007]一、获取本征电磁参数：
[0008]①
、将长连续纤维剪切成固定长度的短切吸波纤维，然后将短切吸波纤维与液态石蜡混合，使短切吸波纤维与石蜡充分分散，取向随机分布，获得短切吸波复合石蜡材料样品和纯石蜡样品；
[0009]②
、将步骤
①
获得的短切吸波复合石蜡材料样品和纯石蜡样品压制成同轴环状样
品，然后进行电磁参数的测量；
[0010]③
、将测量短切吸波复合石蜡材料样品和纯石蜡样品所得的参数带入修正后的 Maxwell
–
Garnett等效媒介模型，获取吸波纤维本征电磁参数；
[0011]二、遗传算法结合CST软件进行优化设计：
[0012]①
、将编织结构简化为二进制代码
‘0’
和
‘1’
，并随机分布形成编码矩阵，通过CST 软件接收随机分布的编码矩阵，并转化为几何模型，将吸波纤维本征介电常数代入模型中；
[0013]所述的编织结构为吸波纤维和透波材料的混合编织结构；
[0014]②
、设计CST模拟电磁环境，入射电磁波沿
‑
z方向入射到周期性单元中，设置沿x 轴和y轴的周期边界条件，运行CST软件，模拟周期性结构单元的反射损耗，获取反射损耗曲线；
[0015]③
、设定评估函数，筛选步骤
①
中接收到的随机分布的编码矩阵对应编织结构下的反射损耗；依据反射损耗与步骤
②
模拟电磁环境的关系，当反射损耗＜
‑
10dB时，判定为有效吸收并统计全部有效频宽，最终保存模拟电磁环境中电磁波最大频宽对应的编码与反射损耗曲线；
[0016]三、使用编织方法制备周期性纤维编织吸波材料：
[0017]将上述最大频宽对应的编码输入到编织机，采用编织机编织样品吸波纤维和透波材料。
[0018]进一步地，所述的吸波纤维为高分子纤维(涤纶纤维、腈纶纤维等)，金属纤维(不锈钢纤维,镍纤维等)、氧化物纤维(Al2O3纤维，ZrO2纤维，ZnO纤维)、陶瓷纤维(SiC 纤维，Si3N4纤维)或碳质纤维(碳纤维、石墨烯纤维、石墨纤维等)。
[0019]进一步地，所述编织结构为上下搭接结构，所述编织结构为吸波纤维和透波材料的混合编织，若吸波纤维在透波纤维上方，则设定编码为
‘1’
；若吸波纤维在透波纤维下方，则设定编码为
‘0’
。
[0020]进一步地，通过CST软件接收随机分布的编码矩阵，并转化为几何模型，当编码为 1时，编织结构中，上层结构赋予吸波纤维本征电磁参数，下层结构被赋予透波材料介电常数，当编码为0时，编织结构中，下层结构赋予吸波纤维本征电磁参数，上层结构被赋予透波材料介电常数。
[0021]进一步地，步骤一中
①
所述短切吸波纤维与60℃的液态石蜡混合，并进行超声处理，使其充分分散，获得石蜡样品。
[0022]进一步地，步骤二中
①
所述的将编织结构简化为二进制代码
‘0’‘1’
，并随机分布形成6
×
6的编码矩阵。
[0023]进一步地，步骤二
③
中所述的评估函数为分段函数。
[0024]进一步地，步骤三中编织机为自动编织机，采用自动编织机编织180mm
×
180mm的编织样品。
[0025]本专利技术的多功能、可大批量制备、优良力学性能、超薄、轻质、耐高温、稳定宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的应用，是作为电磁波吸收材料用于各种波段的电磁波吸收。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术创新性地提出获得吸波纤维材料本征电磁参数后，利用遗传算法结合CST
软件的指导，解决了目前无法获取吸波纤维材料本征电磁参数的问题，能够以吸波纤维的本征电磁参数为基础，设计算法，优化编织结构，无需大量的实验摸索，即可得到同时兼具可大批量制备、多功能、优良力学性能、超薄、轻质、稳定宽频吸收的周期性编织吸波材料。
[0028]一、采用商业的原始纤维材料，不需进行复杂的化学合成，本专利技术的制备工艺成本低，工艺简单，能够实现规模化生产。
[0029]二、提供了一种适用于吸波纤维材料的本征电磁参数的获取方法。
[0030]三、本专利技术使用软件模拟和计算代替冗杂的实验试错过程，节约了极大的实验成本和实验时间。
[0031]四、在通过编织可以制备出180mm
×
180mm的大尺寸样品，周期性纤维编织吸波材料的可以实现超宽的有效吸收带宽。
[0032]五、周期性纤维编织吸波材料的可以根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能、耐高温、宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行的：一、获取本征电磁参数：
①
、将长连续纤维剪切成长度均一的短切吸波纤维，然后将短切吸波纤维与液态石蜡混合，使短切吸波纤维与石蜡充分分散，且短切吸波纤维取向随机分布，获得短切吸波复合石蜡材料样品和纯石蜡样品；
②
、将步骤
①
获得的短切吸波复合石蜡材料样品和纯石蜡样品压制成同轴环状样品，然后进行电磁参数的测量；
③
、将吸波纤维样品和石蜡电磁参数测试结果带入Maxwell
–
Garnett等效媒介模型，获取吸波纤维本征电磁参数；二、遗传算法结合CST软件进行优化设计：
①
、将编织结构简化为二进制代码
‘0’
和
‘1’
，并随机分布形成编码矩阵，通过CST软件接收随机分布的编码矩阵，并转化为几何模型，将获取的吸波纤维本征介电常数代入模型中，获得随机分布形成编码矩阵所对应编织结构的反射损耗；所述的编织结构为吸波纤维和透波材料的混合编织结构；
②
、依据CST软件设计CST模拟电磁环境，入射电磁波沿
‑
z方向入射到周期性单元中，运行CST软件，模拟周期性结构单元的反射损耗，获取反射损耗曲线；
③
、设定评估函数，筛选步骤
①
中接收到的随机分布的编码矩阵对应编织结构的反射损耗；当反射损耗＜
‑
10dB时，判定为有效吸收并统计全部有效频宽，最终保存模拟电磁环境中电磁波最大频宽对应的编码与反射损耗曲线；三、使用编织方法制备周期性纤维编织吸波材料：将上述最大频宽对应的编码转化为编织上机图，输入到自动编织机，采用自动编织机编织周期性纤维编织吸波材料。2.根据权利要求1所述的一种多功能、耐高温、宽频吸收的周期性编织电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于所述的吸波纤维为高分子纤维、金属纤维、氧化物纤维、陶瓷纤维或碳质纤维。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小萧，刘玉浩，刘亚楠，张涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：