[发明专利]Ku波段的高透明柔性动态调频吸波表面结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ku波段的高透明柔性动态调频吸波表面结构及制备方法，属于微波器件技术领域，包括叠合设置的石墨烯电容、方形金属丝网阵列、PDMS介质层和金属丝网底板，所述的石墨烯电容包括上下两层叠合设置的PET衬底，在每层所述的PET衬底的内侧均设有单层周期石墨烯条带阵列，在所述的两层叠合设置的PET衬底之间均匀填充透明离子液。石墨烯的方阻能通过直流电压源对其施加不同的电压进行动态控制，具体功能包括对入射波进行完美吸收且中频吸波频点在Ku波段进行动态调谐，可用于透明隐身、光电太阳能电池等，为石墨烯在微波段的透明柔性应用铺设了道路。

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，涉及Ku波段的高透明柔性动态调频吸波表面结构及其制备方法。

背景技术

在国防领域光学透明部件的电磁隐身和电磁防护具有极其重要的应用场景，一直是作战平台系统的研究重点和难点之一。有研究资料表明，透明部件对作战平台整体RCS的贡献占有较大的比重。例如透明座舱是飞机三大电磁散射源之一，对机头方向的RCS贡献约占全机的1/4。再以担负对海、反潜、近岸、防空作战为主要目标的水面作战平台为例，需要进行电磁隐身和电磁防护的除了各种用频设备外还包括舰船驾驶舱、舷窗、灯罩、装备视窗等各种透明部件的隐身和防护。因此通过设计具有光学透明特性的电磁吸波结构实现武器平台上透明部件的电磁隐身和电磁防护，提高整个武器平台的生存能力和作战效能具有重要理论意义和工程应用价值。

除此之外，为了提高探测能力，雷达的工作频率往往会动态的发生改变，因此未来的战机、舰船等武器平台也需要具有相应的变化手段与之相适应，才能更好地完成电磁对抗的要求，增加其战场生存能力。对于透明部件而言，这便要求透明电磁吸波结构的吸波幅度及工作频段具有一定动态可调功能。而目前的ITO等透明材料只能实现一定的电磁屏蔽和电磁吸波功能，无法实现对电磁波吸波的动态调控。为此，开发一款吸波率和工作频率可动态调控的新型透明电磁吸波材料的需求就显得极为迫切，也是新一代平台与装备电磁隐身与对抗技术的发展亟需解决的问题。

近年来，随着纳米加工技术的发展，人们通过将特殊加工的金属丝网与一些透明柔性介质PDMS(T.Jang and L.J.Guo.“Transparent and Flexible Polarization-Independent Microwave Broadband Absorber,”ACS Photonics,vol.1,No.3,2014)、PET(Y.Okano,S.Ogino and K.Ishikawa,“Development of Optically TransparentUltrathin Microwave Absorber for Ultrahigh-Frequency RF IdentificationSystem,”IEEE Trans.Micro.Theor.Tech,vol.60,No.8,2012)结合进行透明柔性的吸波表面研究，研究方向主要集中在吸波带宽增强等方面。然而，由于吸波表面中金属丝网的拓扑形状一旦固定便很难改变，故而吸波表面结构一旦固定，其功能也随之确定，无法实现动态调控。

石墨烯作为一种新兴的二维平面材料，在力学、电学、光学、生物化学等等方面表现出杰出的性能，如单层石墨烯具有接近97.7％的透光率，具有最快的电子迁移率(15000cm2/v/cm)，不受温度控制的超高电荷载流子迁移率(200000cm2/v/s)和接近光速的高效的费米速度(106m/s)。石墨烯还有极好的机械性能，其杨氏模量为1.0TPa，此外，它还有极好的电子传导率及柔韧性。