【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3d打印，涉及一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻一体化超材料。
技术介绍
1、跨介质飞行器集空中飞行器高速性和水下航行体隐蔽性于一身，是我国在新型跨域飞行器领域亟需取得突破的关键点之一，未来具有极广阔的应用空间。提高跨介质飞行器空中飞行段的电磁隐身性、水下低噪音性和水下航行高速性是未来跨介质飞行器的必备特性。
2、传统的电磁吸波材料包括电损耗涂料、磁损耗涂料和导电损耗等，但是这些材料，如非磁性金属氧化物、羰基铁、铁氧体、碳纳米管、石墨烯化合物等，存在吸波频带窄、对喷涂精度要求高、密度大、无法不能调节等短板。传统水下吸声材料的吸声机制主要利用声波在材料内传播过程中能量耗散为热能，一般聚合物基材料中声波传播过程中在内部引起分子内摩擦，同时声波还会在不同界面上产生能耗，存在的问题主要在于对于低频声波吸声能力差以及大水深、高静压下吸声性能变差。水下航行体中摩擦阻力占到总阻力的比例可以高达70％，常规的减阻方法大多通过优化航行体外形减小压差阻力，跨介质入水过程中由于存在水面冲击力，对航行体表面结构会产生破坏，传统的超空泡减阻、微气泡减阻、柔性壁减阻还无法直接应用于跨介质飞行器水下航行段。目前还未能实现电磁隐身-水下吸声-减阻一体化结构设计，无法满足未来跨介质飞行器的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料及制备方法，解决了传统材料无法同时具备电磁隐身、水声吸声和超疏水减阻功能，无法满足跨介质飞行器需求的
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，包括依次设置的斜蜂窝五模材料、旋转堆叠金字塔吸波器阵列和各向异性跨尺度微纳超疏水表面；
4、斜蜂窝五模材料中包含若干个阵列排布的斜蜂窝胞元；
5、旋转堆叠金字塔吸波器阵列中包含若干个均匀排布的旋转堆叠金字塔吸波器单元；
6、各向异性跨尺度微纳超疏水表面包含若干个流向凹槽和相邻流向凹槽之间的流向凸棱。
7、进一步的，斜蜂窝胞元为由4根长梁和2根短梁围成的六边形结构；相邻2根长梁之间的夹角2α大于120°，长梁的长度l大于短梁长度h的两倍，短梁与声波入射方向的夹角θm＝0～90°。
8、进一步的，旋转堆叠金字塔吸波器单元包括作为基底的金属薄膜、在金属薄膜上叠层排布的若干层金属贴片以及包覆于金属薄膜和若干层金属贴片外部的光敏树脂；
9、设金属贴片为n层，将紧贴基底的金属贴片记为第1层，将其他金属贴片按顺序依次记为第2～n层；第1～n层金属贴片中心的连线与基底垂直，第1～n层金属贴片的尺寸逐层减小，第1～n层金属贴片绕所述连线逐层旋转角度β/n，β/n大于0°。
10、进一步的，n与β为可设计参数，优选的，β＝125°。
11、进一步的，相邻金属贴片之间采用介电材料贴合，介电材料采用fr4材料；金属贴片采用导电银浆干燥后得到；
12、金属薄膜采用铜材料。
13、进一步的，设流向凹槽的宽度为a，流向凸棱的宽度为b，流向凸棱的高度为c，各向异性跨尺度微纳超疏水表面的总高度为h；
14、c＜h＜100μm；
15、a≥2b；
16、|b-c|≤1μm。
17、进一步的，各向异性跨尺度微纳超疏水表面中，流向凹槽和流向凸棱的表面上分布有二氧化硅纳米颗粒形成的微米级微柱；
18、二氧化硅纳米颗粒的粒径为10nm～500nm。
19、进一步的，斜蜂窝五模材料的材质为铝；
20、各向异性跨尺度微纳超疏水表面的材质为透波性树脂材料。
21、一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料的制备方法，包括：
22、s1采用3d打印方法成型斜蜂窝五模材料；
23、s2利用透波性硅基无机胶，在斜蜂窝五模材料上粘接旋转堆叠金字塔吸波器阵列；
24、s3在旋转堆叠金字塔吸波器阵列的旋转堆叠金字塔吸波器单元之间填充透波性树脂材料，使树脂材料的上表面形成平面；
25、s4采用3d打印方法在树脂材料上形成流向凹槽和流向凸棱。
26、进一步的，步骤s4中，还包括:
27、采用超声空化的方式对流向凹槽和流向凸棱的表面进行粗糙化处理，同时使超声空化射流中夹杂的二氧化硅纳米颗粒锚定在粗糙化处理后的表面上。
28、本专利技术与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：
29、(1)本专利技术创造性的提出一种电磁隐身-水下吸声-超疏水减阻一体化超材料，可以应用于跨介质飞行器蒙皮结构，实现空中隐身、水下降噪、水下减阻等多种功能，实现超材料结构的小型化和轻量化；
30、(2)本专利技术通过斜蜂窝五模材料，并给定斜蜂窝五模材料的结构参数，实现水下声波的高效吸收，同时可以实现较高的结构强度，也作为电磁超材料的基板；
31、(3)本专利技术通过设计旋转堆叠金字塔吸波器，扩展电磁波吸收带宽；
32、(4)本专利技术在电磁超材料的基础上，通过使用3d打印技术和超声空化，形成不同微纳尺度的各项异性表面超疏水结构，减小水下阻力，同时实现流动控制作用。
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1.一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，包括依次设置的斜蜂窝五模材料(1)、旋转堆叠金字塔吸波器阵列(2)和各向异性跨尺度微纳超疏水表面(3)；
2.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，斜蜂窝胞元(5)为由4根长梁和2根短梁围成的六边形结构；相邻2根长梁之间的夹角2α大于120°，长梁的长度l大于短梁长度h的两倍，短梁与声波入射方向的夹角θm＝0～90°。
3.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，旋转堆叠金字塔吸波器单元(7)包括作为基底的金属薄膜(9)、在金属薄膜(9)上叠层排布的若干层金属贴片(10)以及包覆于金属薄膜(9)和若干层金属贴片(10)外部的光敏树脂(8)；
4.根据权利要求3所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，β＝125°。
5.根据权利要求3所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，相邻金属贴片(10)之间采用介电材料(11)贴合，介电材料(11)采用FR4材料；金属贴片(10)
6.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，设流向凹槽(13)的宽度为a，流向凸棱(12)的宽度为b，流向凸棱(12)的高度为c，各向异性跨尺度微纳超疏水表面(3)的总高度为H；
7.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，各向异性跨尺度微纳超疏水表面(3)中，流向凹槽(13)和流向凸棱(12)的表面上分布有二氧化硅纳米颗粒(14)形成的微米级微柱；
8.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，斜蜂窝五模材料(1)的材质为铝；
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料的制备方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，还包括:
...【技术特征摘要】
1.一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，包括依次设置的斜蜂窝五模材料(1)、旋转堆叠金字塔吸波器阵列(2)和各向异性跨尺度微纳超疏水表面(3)；
2.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，斜蜂窝胞元(5)为由4根长梁和2根短梁围成的六边形结构；相邻2根长梁之间的夹角2α大于120°，长梁的长度l大于短梁长度h的两倍，短梁与声波入射方向的夹角θm＝0～90°。
3.根据权利要求1所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，旋转堆叠金字塔吸波器单元(7)包括作为基底的金属薄膜(9)、在金属薄膜(9)上叠层排布的若干层金属贴片(10)以及包覆于金属薄膜(9)和若干层金属贴片(10)外部的光敏树脂(8)；
4.根据权利要求3所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，β＝125°。
5.根据权利要求3所述的一种电磁隐身-水声吸声-超疏水减阻超材料，其特征在于，相邻金属贴片(10...
【专利技术属性】
技术研发人员：李媛媛，迟百宏，毕殿方，王鹏飞，李秉洋，程祥，李振，冯相超，耿新宇，王昕，
申请(专利权)人：中国航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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