本發(fā)明涉及電磁功能材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種水溶液基寬帶吸波超材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

電磁吸波材料的寬帶性能一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。材料電磁參數(shù)的頻散特性是影響吸波帶寬的關(guān)鍵因素，遺憾的是目前在自然界難以找到完全滿足頻散要求的材料體系，因此多層結(jié)構(gòu)是目前實(shí)現(xiàn)寬帶吸波材料的常用方法。但是多層結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致較大的厚度，在很大程度上限制了在工程中的應(yīng)用。

電磁超材料是由人工亞波長結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有靈活調(diào)控電磁特性的特性，在電磁吸波領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。對于超材料，吸波帶寬仍與其基體材料的頻散密切相關(guān)，但是和傳統(tǒng)材料相比，超材料寬帶吸波對組成材料頻散特性的要求有所降低，并具有可調(diào)節(jié)性。將在微波頻段具有頻散特性的磁性材料作為吸波超材料的基體，可以獲得寬帶吸波性能。然而，磁性材料的密度較大，難以滿足某些工程應(yīng)用要求。同時(shí)，由于磁性材料通常由特定的工藝制備，成本較高。另外，通過多層結(jié)構(gòu)也可獲得寬帶吸波超材料，但是制備工藝復(fù)雜，且?guī)捜韵鄬^窄。因此，結(jié)構(gòu)簡單、制備方便、成本低的寬帶吸波超材料一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種水溶液基寬帶吸波超材料，適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、工作頻帶寬，且制備工藝簡單、原材料易得、制備成本低，還可以用于雷達(dá)紅外兼容隱身技術(shù)。

具體的，水溶液基寬帶吸波超材料，包括由下至上依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電反射層、電介質(zhì)基體層和周期陣列層，電介質(zhì)基體層由復(fù)合材料邊框以及復(fù)合材料邊框中注入的去離子水構(gòu)成，復(fù)合材料邊框的高度為0.8-3.5mm，去離子水的注入深度為0.5-1.5mm，去離子水與導(dǎo)電反射層的上表面相接觸，復(fù)合材料邊框的頂面上設(shè)置周期陣列層，周期陣列層由金屬貼片陣列排布組成。

優(yōu)選的，導(dǎo)電反射層由導(dǎo)電金屬或碳纖維復(fù)合材料制成。

優(yōu)選的，導(dǎo)電反射層由銅、鋁、銀、金或碳纖維復(fù)合材料中的任意一種制成。

優(yōu)選的，用于制備所述復(fù)合材料邊框的復(fù)合材料的介電常數(shù)為2-5，介電損耗角為0-0.1。

優(yōu)選的，復(fù)合材料邊框由玻璃纖維、石英纖維、氧化鋁纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料中的任意一種制成。

優(yōu)選的，周期陣列層的周期單元的尺寸為10-20mm。

優(yōu)選的，金屬貼片與周期單元的面積比為0.2-0.4。

優(yōu)選的，金屬貼片由銅、鋁、金或銀結(jié)合導(dǎo)電銀漿制成。

一種水溶液基寬帶吸波超材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、按照預(yù)先計(jì)算的尺寸利用復(fù)合材料制備復(fù)合材料邊框；

S2、將金屬貼片按照周期單元陣列排布固定于復(fù)合材料邊框的頂面上形成周期陣列層；

S3、向復(fù)合材料邊框中灌入去離子水，并將導(dǎo)電反射層粘接在固定有周期陣列層的復(fù)合材料邊框的底部，制得水溶液基寬帶吸波超材料。

優(yōu)選的，步驟S2中，利用電路板印制技術(shù)或絲網(wǎng)印刷工藝在復(fù)合材料邊框(1)的頂面上固定金屬貼片陣列。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過引入水溶液作為基體材料，獲得了一種寬帶吸波超材料。所述吸波超材料利用水溶液在微波頻段內(nèi)的頻散特性，在不增加厚度的前提下，可顯著拓展吸波帶寬，有效解決了現(xiàn)有吸波超材料帶寬窄的問題。另外，由于水溶液基體具有主動冷卻功能，因此本發(fā)明還可用于雷達(dá)紅外兼容隱身技術(shù)。

本發(fā)明的水溶液基寬帶吸波超材料結(jié)構(gòu)相對簡單，制備工藝成熟，原材料易于獲得，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。同時(shí)，利用本發(fā)明的水溶液基寬帶吸波超材料還可制備大型、復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)件，在工程領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的水溶液基寬帶吸波超材料剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的水溶液基寬帶吸波超材料中周期陣列層局部示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的水溶液基寬帶吸波超材料樣品實(shí)物圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1提供的水溶液基寬帶吸波超材料的吸收率曲線圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1提供的水溶液基寬帶吸波超材料紅外局部熱圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2提供的水溶液基寬帶吸波超材料的吸收率曲線圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-復(fù)合材料邊框，2-去離子水，3-導(dǎo)電反射層，4-周期陣列層。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1-圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例1提供一種水溶液基寬帶吸波超材料，包括由下至上依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電反射層3、電介質(zhì)基體層和周期陣列層4，電介質(zhì)基體層由復(fù)合材料邊框1以及復(fù)合材料邊框1中注入的去離子水2構(gòu)成，復(fù)合材料邊框1的厚度d1為2.5mm，去離子水2的注入深度d2為1.0mm，去離子水2與導(dǎo)電反射層3的上表面相接觸，復(fù)合材料邊框1的頂面上設(shè)置周期陣列層4，周期陣列層4由金屬貼片陣列排布組成。

具體的，導(dǎo)電反射層3為鋁板制成，復(fù)合材料邊框1由玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成，玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介電常數(shù)為4.3，玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介電損耗角為0.025。

具體的，周期陣列層4由正方形銅金屬貼片陣列排布組成，周期陣列層4的周期單元p的尺寸為14.8mm；銅金屬貼片的邊長a為5mm，厚度為0.017mm。

水溶液基寬帶吸波超材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用厚度d1為2.5mm玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備復(fù)合材料邊框1，得到高度d2為1.0mm的復(fù)合材料邊框1用于灌注去離子水；

S2、采用電路板印制工藝或絲網(wǎng)印刷工藝在復(fù)合材料邊框1的頂面上固定邊長a為5mm，厚度為0.017mm正方形銅金屬貼片，按照周期單元p為14.8mm陣列排布形成周期陣列層4；

S3、向復(fù)合材料邊框1中灌入去離子水，并將鋁板制成的導(dǎo)電反射層3粘接在固定有周期陣列層4的復(fù)合材料邊框1的底部，即得水溶液基寬帶吸波超材料。

將本實(shí)施例1中制備的水溶液基寬帶吸波超材料進(jìn)行檢測，如圖4所示，在6.5～18.7GHz范圍內(nèi)的吸收率大于80％，具有優(yōu)異的電磁吸波性能。

將上述的水溶液基寬帶吸波超材料樣品5與對比金屬銅板6同時(shí)置于烘箱中，并將箱內(nèi)溫度加熱到100℃，如圖5所示的紅外局部熱圖所示，水溶液基寬帶吸波超材料的亮度遠(yuǎn)低于金屬銅板的亮度，因此，水溶液基寬帶吸波超材料明顯具有明顯的紅外隱身能力。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例2提供一種水溶液基寬帶吸波超材料，包括由下至上依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電反射層3、電介質(zhì)基體層和周期陣列層4，電介質(zhì)基體層由復(fù)合材料邊框1以及復(fù)合材料邊框1中注入的去離子水2構(gòu)成，復(fù)合材料邊框1的厚度d1為2.8mm，去離子水2的注入深度d2為1.2mm，去離子水2與導(dǎo)電反射層3的上表面相接觸，復(fù)合材料邊框1的頂面上設(shè)置周期陣列層4，周期陣列層4由金屬貼片陣列排布組成。

具體的，導(dǎo)電反射層3為碳纖維復(fù)合材料制成，復(fù)合材料邊框1由石英纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料制成，石英纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的介電常數(shù)為2.7，石英纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的介電損耗角為0.01。

具體的，周期陣列層4由正方形銅金屬貼片陣列排布組成，周期陣列層4的周期單元p的尺寸為15.6mm；銅金屬貼片的邊長a為5.3mm，厚度為0.017mm。

水溶液基寬帶吸波超材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用厚度d1為2.8mm玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備復(fù)合材料邊框1，得到高度d2為1.2mm的復(fù)合材料邊框1用于灌注去離子水；

S2、采用電路板印制工藝在復(fù)合材料邊框1的頂面上設(shè)置邊長a為5.3mm，厚度為0.017mm正方形導(dǎo)電銀漿貼片周期陣列層4，周期單元p為15.6mm；

S3、向復(fù)合材料邊框1中灌入去離子水，并將鋁板制成的導(dǎo)電反射層3粘接在固定有周期陣列層4的復(fù)合材料邊框1的底部，即得水溶液基寬帶吸波超材料。

將本實(shí)施例2中制備的水溶液基寬帶吸波超材料進(jìn)行檢測，如圖6所示，在6.5～18.7GHz范圍內(nèi)的吸收率大于80％，具有優(yōu)異的電磁吸波性能。

實(shí)施例3

本發(fā)明實(shí)施例3提供一種水溶液基寬帶吸波超材料，包括由下至上依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電反射層3、電介質(zhì)基體層和周期陣列層4，電介質(zhì)基體層由復(fù)合材料邊框1以及復(fù)合材料邊框1中注入的去離子水2構(gòu)成，復(fù)合材料邊框1的厚度d1為0.8mm，去離子水2的注入深度d2為0.5mm，去離子水2與導(dǎo)電反射層3的上表面相接觸，復(fù)合材料邊框1的頂面上設(shè)置周期陣列層4，周期陣列層4由金屬貼片陣列排布組成。

具體的，導(dǎo)電反射層3為鋁板制成，復(fù)合材料邊框1由氧化鋁纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料制成，氧化鋁纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的介電常數(shù)為2，氧化鋁纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的介電損耗角為0。

具體的，周期陣列層4由正方形銅金屬貼片陣列排布組成，周期陣列層4的周期單元p的尺寸為10mm；銅金屬貼片的邊長a為4.5mm，厚度為0.017mm。

水溶液基寬帶吸波超材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用厚度d1為0.8mm玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備復(fù)合材料邊框1，得到高度d2為0.5mm的復(fù)合材料邊框1用于灌注去離子水；

S2、采用電路板印制工藝或絲網(wǎng)印刷工藝將邊長a為4.5mm，厚度為0.017mm正方形銅金屬貼片按照周期單元p為10mm陣列排布固定于復(fù)合材料邊框1的頂面上形成周期陣列層4；

S3、向復(fù)合材料邊框1中灌入去離子水，并將鋁板制成的導(dǎo)電反射層3粘接在固定有周期陣列層4的復(fù)合材料邊框1的底部，即得水溶液基寬帶吸波超材料。

實(shí)施例4

本發(fā)明實(shí)施例4提供一種水溶液基寬帶吸波超材料，包括由下至上依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電反射層3、電介質(zhì)基體層和周期陣列層4，電介質(zhì)基體層由復(fù)合材料邊框1以及復(fù)合材料邊框1中注入的去離子水2構(gòu)成，復(fù)合材料邊框1的厚度d1為3.5mm，去離子水2的注入深度d2為1.5mm，去離子水2與導(dǎo)電反射層3的上表面相接觸，復(fù)合材料邊框1的頂面上設(shè)置周期陣列層4，周期陣列層4由金屬貼片陣列排布組成。

具體的，導(dǎo)電反射層3為鋁板制成，復(fù)合材料邊框1由玻璃纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料制成，玻璃纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的介電常數(shù)為5，玻璃纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的介電損耗角為0.1。

具體的，周期陣列層4由正方形銅金屬貼片陣列排布組成，周期陣列層4的周期單元p的尺寸為20mm；銅金屬貼片的邊長a為12.6mm，厚度為0.017mm。

水溶液基寬帶吸波超材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用厚度d1為3.5mm玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備復(fù)合材料邊框1，得到高度d2為1.5mm的復(fù)合材料邊框1用于灌注去離子水；

S2、采用電路板印制工藝或絲網(wǎng)印刷工藝將邊長a為12.6mm，厚度為0.017mm正方形銅金屬貼片按照周期單元p為20mm陣列排布固定于復(fù)合材料邊框1的頂面上形成周期陣列層4；

S3、向復(fù)合材料邊框1中灌入去離子水，并將鋁板制成的導(dǎo)電反射層3粘接在固定有周期陣列層4的復(fù)合材料邊框1的底部，即得水溶液基寬帶吸波超材料。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。