[发明专利]基于碳系材料宽频带吸波超材料柔性片材及其制备方法

说明书

本发明提供了基于碳系材料宽频带吸波超材料柔性片材，该片材包括反射层及嵌入了周期性排布的结构单元的介质层，介质层设置在反射层上方，其制备包括以下制备步骤：将介质层根据周期性谐振结构单元尺寸，每隔一个单元晶胞P的尺寸，机械打一个双层同心圆柱体形状的孔洞；将挖好孔的介质板孔洞小的一面用无水乙醇清洁干净，贴敷上反射层；将石墨烯或者碳纳米管与胶粘剂搅拌均匀，形成碳系复合物备用；用刮刀将其填充到步骤一中的周期性排布的孔洞里；自然晾干，待碳系复合物实干即可。本专利的柔性片材实现了2~18GHz范围内较宽频带的吸波效果，制作工艺简单，使用方便，可贴敷于被测物体，有效降低目标物体雷达波特征信号。

技术领域

本发明涉及特种功能材料领域，涉及一种人工电磁吸波材料，具有轻质、柔性、薄层、宽频带吸波的特点，可贴敷在设备外表面，起到电磁兼容，或者应用到武器装备外表面，起到雷达隐身效果，具体涉及基于碳系材料宽频带吸波超材料柔性片材及其制备方法。

背景技术

超材料是近年来国内外大力发展的一种新型人工材料，可通过人工设计，实现自然界不具备的超常的物理特性，也为吸波材料发展提供一种前所未有的新思路。电磁吸波超材料是一种由周期性排布结构单元组成的具有亚波长尺度的可实现对电磁波吸收的人工电磁材料，自2008年N.I.Landy研究并制备出完美吸波超材料后，电磁吸波超材料得到广泛研究和极大发展。

2013年大连理工大学公开了一种可调谐人工电磁超材料，此材料中电磁吸波超材料中引入拓扑材料和石墨烯材料，使其吸收峰对应的谐振频率发生变化，从而使其吸收光谱的频带具有可调谐性。该吸波人工电磁超材料是多层结构,衬底材料上生长金属层、介质层、金属层,顶部金属层上制作周期性谐振单元阵列,最后在周期性谐振单元阵列表面镀拓扑材料层或者石墨烯材料层。

2017年韩国公开了一种超宽带频带的吸波超材料，该发明的超材料吸收体包括：第一基板层，其包括第一导体图案，在该第一导体图案的多个上表面上布置有相对于无线电波的入射方向对称的六边形的结构单元。电磁波首先入射到第一基板；第二基板层设置在第一基板层的下方，其包括第二种导体图案，该第二导体图案具有与第一导体图案相对应的形状对称地排列的多个六角形的结构单位；空气层形成在第一基板层和第二基板层之间。

2017年空军工程大学公开了一种吸波-透波一体化的超材料，该超材料结构单元包括了第一个棱台和第二个棱台，第一棱台和第二棱台均由多个第一介质层和多个第一金属层在垂直于频率选择表面单元的方向交替叠加构成；频率选择表面单元包括第二介质层和第二介质层上的第二金属层，第二金属层的每个边的中部金属区域均被刻蚀掉形成凹槽。

2018年韩国公开的另一项专利中公布了一种具有三层结构的超材料完美吸收体，其三层结构为：底层为基底，是反射层，中层为一个绝缘层，绝缘层上方是周期性排布的两种纳米结构，一种是彼此电连接的纳米结构，第二种是彼此隔开、电绝缘的纳米结构；两种纳米结构包含相同的材料。

2018年有发表的论文中采用导电碳黑和聚乙烯混合物作为涂料，通过调节导电碳黑洞含量及涂层厚度控制方块电阻，设计了一种多层周期性方块结构，可以在2.35-18GHz范围内获得宽带吸波性能。

2019年深圳光启公布一种吸波体材料，该吸波体包括三层结构，底层为反射层，中层为吸波层，顶部为多个超材料单元阵列层，每个超材料单元阵列层划分为多个相同的超材料单元，该材料具有优异的宽频带吸波效果，同时还实现了良好的宽角度吸收效果。

总的来说，目前公布专利和文章中还较少有关于嵌入碳系材料作为周期性结构单元制作的宽频吸波超材料柔性片材的报道。

发明内容