一种碳纳米管薄膜频率选择表面的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及频率选择表面技术领域，特别的涉及一种碳纳米管薄膜频率选择表 面。
【背景技术】
[0002] 频率选择表面（Frequency Selective Surfaces，简称FSS)是一种二维周期阵列 结构，就其本质而言是一个空间滤波器，由相同的单元在二维方向上有规律的间隔排列构 成。FSS具有特定的频率选择作用而被广泛地应用于微波、红外至可见光波段。频率选择 表面包括贴片类形和开槽类形。贴片类形是通过在介质表面周期性布满同样的金属贴片获 得，一般而言是作为带阻形滤波器使用，能起到低频透射，高频反射的作用。开槽类形是通 过在金属板上周期性的开设槽孔得到，从频率特性角度分类属于带通形频率选择表面，能 起到低频反射，高频透射的作用。
[0003] 随着高性能纤维增强树脂（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)复合材料具 有的广泛应用，越来越多的FRP复合材料用于雷达罩、天线等与电磁波相关的结构，因此将 FSS用于FRP复合材料及其构件的表面也越来越多。现有的FSS多为金属材质。当将金属 FSS粘接到FRP复合材料表面后，二者热膨胀系数相差较大，易产生热失配问题。环境温度 剧烈变化时，金属FSS在FRP复合材料表面会严重变形甚至脱落。而在海洋等特殊环境下， 金属FSS易受到存在腐蚀严重等问题。此外，大形雷达等装置如果仅使用金属FSS则会导 致结构增重过大等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种碳纳米管薄膜频率选择表面，本发明主要解决了现有 技术中金属FSS应用于FRP及其结构所带来的热失配、易腐蚀和结构增重的技术问题。
[0005] 本发明提供一种碳纳米管薄膜频率选择表面，包括衬底和设置于衬底上的碳纳米 管薄膜层，衬底为FRP复合材料；碳纳米管薄膜层为周期性开孔的碳纳米管薄膜。通过在 FRP复合材料表面设置碳纳米管薄膜层，替代原先常用的金属，能提高所得FSS对急剧变化 温度的适应能力，减少热失配情况的出现。同时碳纳米管质量轻，导电能力高于多种金属， 因而能更好的适应FSS的需要。碳纳米管质量轻、耐腐蚀，制得的FSS可以适应海洋等腐蚀 严重环境的需要，FSS的重量也得到减轻。提高了所得FSS的适用范围。碳纳米管薄膜层 可以是纯碳纳米管制成的导电薄膜。也可以是掺杂了其他组分材料后导电能力得到提高的 的碳纳米管复合膜，例如掺杂了碳纳米管的碳纳米管/碳纳米管复合导电膜或掺杂了金属 纳米颗粒的碳纳米管复合导电膜等均可。开孔可以为十字形通孔、Y字形通孔、方孔或圆孔 中任一。但不局限于这些单元。
[0006] 此处所用碳纳米管薄膜可以为单壁或多壁碳纳米管，碳纳米管薄膜材料可采用化 学气相沉积法、溶液自沉降法、化学改性溶液析出法、过滤法等常用方法制备，但不局限于 这些方法。
[0007] 优选的，碳纳米管薄膜层为碳纳米管导电薄膜或掺杂碳纳米管复合膜。采用该导 电膜时可以有效减少所得FSS的热失配问题。
[0008] 优选的，碳纳米管薄膜层电导率不低于IX 105S/m。任何电导率满足FSS需要的碳 纳米管薄膜层均可。
[0009] 优选的，开孔为十字形通孔、Y字形通孔、方孔或圆孔中任一。优选的，FRP复合材 料为夹芯复合材料、层合板或曲面壳体结构。此处层合板是指多层FRP材料叠置。曲面壳 体是指表面具有曲度的FRP复合材料层合结构或夹芯结构。
[0010] 优选的，FRP复合材料为石英纤维增强环氧树脂复合材料层合板或复合材料；碳 纳米管薄膜层为表面设有多个周期排布的十字形通孔或Y形通孔的碳纳米管薄膜；碳纳米 管薄膜层厚度为10~100 μ m。采用该结构制得的FSS具有最低的热失配率。
[0011] 优选的，夹芯板包括两层面板层和夹设于两层面板之间的夹芯层，面板层为石英 纤维增强环氧树脂或石英纤维增强氰酸酯树脂制成；夹芯层为蜂窝或泡沫制成。泡沫夹芯 材料厚度为IOmm ;石英纤维增强氰酸酯复合材料层厚度完lmm。采用该结构制得的FSS能 有效降低碳纳米管与FRP材料之间的热失配，从而使得所制得的FSS具有最低的热失配率。
[0012] 本发明另一方面提供了一种如前述碳纳米管薄膜频率选择表面的制备方法，包括 将表面具有预设图形的碳纳米管薄膜粘贴至FRP复合材料的步骤。该步骤中预设图形可以 通过激光刻蚀或其他雕刻方法制得，当然并不限于此。还可以为将纳米尺度的碳纳米管分 散到溶液中作为打印机墨水，通过3D打印得到具有预设图形的碳纳米管薄膜层，之后可根 据需要再经干燥还原得到碳纳米管薄膜周期性开孔单元。碳纳米管薄膜层的制备方法具体 可以但不限于采用真空抽滤法、旋涂法、浸涂法、自组装等方法组装成膜，然后再通过化学 还原和热还原的方法制备得到碳纳米管导电薄膜，也可采用化学气相沉积、电泳沉积等方 法制备。
[0013] 优选的，预设图形通过激光刻蚀或3D打印得到。采用该方法能节约成本，提高生 产效率。
[0014] 本发明另一方面提供了一种包含前述碳纳米管薄膜频率选择表面的雷达罩。该雷 达罩能适应温度从_50°C~IKTC的急剧变化，而不会由于FSS表面的材料脱落导致雷达罩 失效。
[0015] 本发明的优点：
[0016] 本发明提供的碳纳米管薄膜频率选择表面，将碳纳米管薄膜层设置于FRP复合材 料表面，从而提高了二者的热匹配性能，减少了由于热失配导致的FSS失效问题。同时所用 碳纳米管薄膜层还具有电导率高、重量轻和耐腐蚀的优点，提高了由FRP制成的FSS的适用 领域。可以制成天线罩、天线衬底、雷达隐身材料、滤波器等。碳纳米管薄膜FSS与传统金 属FSS的频率选择效果相当，而热失配率低，耐腐蚀，环境适应性强；密度小，结构增重小， 尤其适合用于纤维增强树脂复合材料表面功能层或作为FRP复合材料的内设一层功能层。
[0017] 本发明所提供的上述碳纳米管薄膜频率选择表面制备方法，通过将具有预设图形 的碳纳米管薄膜层粘贴于FRP复合材料表面得到FSS，该方法简单易操作，生产效率较高。
[0018] 本发明提供的包含上述碳纳米管薄膜频率选择表面的雷达罩，能适应_50°C~ ll〇°C的环境，提高了雷达罩的适应范围。
[0019] 参考根据本发明的碳纳米管薄膜频率选择表面的各种实施例的如下描述将使得 本发明的上述和其他方面显而易见。
【附图说明】
[0020] 现在将参考附图更详细地解释本发明，其中：
[0021] 图1是本发明的优选实施例的十字碳纳米管薄膜频率选择表面立体示意图；
[0022] 图2是本发明的优选实施例的十字碳纳米管薄膜层立体示意图；
[0023] 图3是夹芯形衬底立体不意图；
[0024] 图4是本发明的优选实施例的十字形通孔尺寸示意图；
[0025] 图5是本发明的优选实施例的H形碳纳米管薄膜频率选择表面立体示意图；
[0026] 图6是本发明的优选实施例的H形碳纳米管薄膜层立体示意图；
[0027] 图7是本发明的优选实施例的层合形衬底立体示意图；
[0028] 图8是本发明的优选实施例的Y字形通孔尺寸示意图；以及
[0029] 图9是本发明的优选实施例的方法流程示意图。
[0030] 图例说明：
[0031] 100、碳纳米管薄膜层；110、十字形通孔；120、Y字形通孔；200、衬底；210、第一纤 维增强树脂层；220、夹芯层；230、第二纤维增强树脂层。
【具体实施方式】
[0032] 本发明提供了一种碳纳米管薄膜频率选择表面，以碳纳米管薄膜替代金属材料， 粘贴于FRP复合材料表面，从而提高了所得FSS的热匹配性。
[0033] 参见图1或图5,碳纳米管薄膜层