一种梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料及其制备方法与流程

本发明属于吸波材料技术领域，尤其涉及一种梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料及其制备方法。

背景技术：

飞行器等典型目标的rcs(雷达散射截面)是影响其生存力的重要参数，rcs的70％由其整体外形设计决定，雷达低rcs外形设计要求的引入，给飞行器气动力设计带来了新的约束，导致许多传统的气动力设计准则做出让步。另外的30％可以通过外挂、涂覆、粘贴吸波材料来实现rcs的缩减。传统意义上的吸波材料往往受到增重、附着力、冲击强度等限制因素的影响，这些因素与rcs指标之间难以共同兼顾。

随着雷达低rcs技术在飞行器上的发展，目前的雷达吸波材料也随之从单纯的雷达吸波材料发展到了雷达吸波系列材料，实施方法由喷涂、粘贴发展到由结构功能一体化系列材料代替原有金属材料；在吸波性能方面，传统的吸波涂层材料通常用于解决指定频率范围内的低散射问题，属窄带型材料，而结构型吸波材料通常在一个相对宽的频率范围内具有良好的吸波特性；在力学性能方面，传统的吸波涂层易发生老化、开裂、失效等质量问题，导致武器装备rcs性能降低或丧失，甚至带来安全隐患；而结构型吸波材料在功能化的同时往往具有较强的力学性能，其通常采用泡沫、玻璃钢、塑料等透波性能好的非金属材料作为表层起到表面防护和部分承载的作用，具有吸波性能的材料置于中层，金属或碳纤维材料作为底层，起到二次反射电磁波的作用。

为了提高吸波材料的吸波性能，人们通过构造多层结构的吸波材料，使每层材料的电学特性逐渐变化，来减小材料对电磁波的反射；但是，目前的多层结构的吸波材料由于不同层间接触面处的材料电磁特性阻抗匹配程度较低，使电磁波在接触面处依然存在一定的反射，吸波性能有待进一步提高。中国专利申请201810658619.x公开了一种梯度层状发泡吸波材料及其制备方法，该申请中的梯度层状发泡吸波材料包括多层发泡吸波层，所述发泡吸波层由吸波剂与可溶性高分子基体发泡制得，多层所述发泡吸波层中的吸波剂质量分数呈逐层梯度分布，但是该吸波材料制备过程较为复杂，并且该吸波材料只有一个吸收峰值，低频段和高频段吸波性能较差。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料及其制备方法。本发明方法制得的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料在提升雷达波吸收带宽和吸收深度的同时，具有较低的面密度，可实现多种武器装备部件结构隐身一体化。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用分散剂将氧化石墨烯、助剂、固化剂和环氧树脂配制成氧化石墨烯质量百分含量不同的多种混合浆料；

(2)通过流延法将步骤(1)配制的多种所述混合浆料分别在离型纸上流延成膜，得到氧化石墨烯质量百分含量不同的呈半固化状态的多张氧化石墨烯介电薄膜；

(3)将步骤(2)得到的多张所述氧化石墨烯介电薄膜按照氧化石墨烯质量百分含量递增或递减的方式与硬质泡沫材料层依次交替粘接，得到铺层结构；和

(4)将步骤(3)得到的铺层结构进行固化，制得梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

优选地，在步骤(3)中，先在预浸碳纤维布上依次铺设一层磁损耗层和一层硬质泡沫材料层，然后将步骤(2)中得到的多张所述氧化石墨烯介电薄膜按照氧化石墨烯质量百分含量递减的方式与硬质泡沫材料层依次交替粘接于所述预浸碳纤维布上铺设的所述硬质泡沫材料层上，得到所述铺层结构。

优选地，在进行步骤(4)之前，先在所述铺层结构自所述预浸碳纤维布向外的最外侧上铺设至少一层预浸玻璃纤维布。

优选地，所述氧化石墨烯为功能化氧化石墨烯，所述功能化氧化石墨烯的制备包括如下子步骤：

(a)用水和乙醇将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合均匀，得到混合液，然后将所述混合液的ph调节至3～4，得到修饰溶液；

(b)将氧化石墨烯加入到步骤(a)得到的修饰溶液中并依次于室温下搅拌1.5～2.5h和70～90℃下搅拌18～36h，得到功能化氧化石墨烯溶液；和

(c)将步骤(b)得到的功能化氧化石墨烯溶液通过真空过滤收集滤饼，然后干燥所述滤饼，制得功能化氧化石墨烯。

优选地，所述水和所述乙醇的体积比为(2～4):1；和/或所述氧化石墨烯和所述修饰溶液中包含的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为100：(1～5)。

优选地，在所述铺层结构中，每相邻的两张所述氧化石墨烯介电薄膜中的氧化石墨烯的质量百分含量相差0.1～4％；和/或在所述铺层结构中，每张所述氧化石墨烯介电薄膜中的氧化石墨烯的质量百分含量为2～14％。

优选地，所述分散剂为正丁醇或二甲苯，所述助剂为玻璃微球，所述固化剂为聚醚胺；所述硬质泡沫材料层为聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫材料层或聚氨酯硬质泡沫材料层；和/或所述分散剂、所述助剂、所述固化剂和所述环氧树脂的质量比为(100～200)：(1～4)：(30～60)：100。

优选地，每张所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度为0.15～0.3mm；每层所述硬质泡沫材料层的厚度为1～4mm，所述硬质泡沫材料层的介电常数为1.5～2.5；每层所述预浸玻璃纤维布的厚度为0.1～0.15mm；和/或所述预浸碳纤维布的厚度为0.15～0.25mm，所述磁损耗层的厚度为1～1.4mm。

优选地，在步骤(4)中，所述固化包括第一阶段固化和第二阶段固化；所述第一阶段固化的温度为80～100℃，所述第一阶段固化的时间为1～2h；所述第二阶段固化的温度为100～130℃，所述第二阶段固化的时间为2～3h。

本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

(1)本发明以氧化石墨烯作为吸收剂，制备半固化介电薄膜。本发明一方面通过控制介电薄膜的浓度实现多层梯度化设计；另一方面在氧化石墨烯介电薄膜梯度层间插入突变层(硬质泡沫材料层)，形成吸收漩涡减少来波方向上的反射，通过这两种因素的共同作用，拓宽了吸波材料的吸收频带。

(2)本发明提供的制备方法成本低、工艺简单且操作方便、制作工期短、易于实现工业化生产、制得的产品性能可靠，质量稳定，能够打破传统制备方法的局限性；本发明制备的是一种多层结构吸波材料，不仅实现了轻质、宽带、高吸收、力学性能优异的吸波材料的制备，并且在一定程度上解决了传统吸波涂料、吸波贴片发生脱落、开裂、失效等质量问题，在降低武器装备的rcs的同时，提升了吸波材料的环境耐用性。

附图说明

图1是本发明中一个具体实施方式的制备流程图。

图2是实施例1制备的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率曲线图。

图3是实施例2制备的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率曲线图。

图4是实施例3制备的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率曲线图。

图5是实施例4制备的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率曲线图。

图6是对比例3制备的氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率曲线图。

图2至图6中：横坐标为频率，单位为ghz，纵坐标为反射率，单位为db。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明在第一方面提供了一种梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用分散剂将氧化石墨烯、助剂、固化剂和环氧树脂配制成氧化石墨烯质量百分含量不同的多种(多份)混合浆料(例如浓稠状的氧化石墨烯混合浆料)。

(2)通过流延法将步骤(1)配制的多种所述混合浆料分别在离型纸上流延成膜(例如采用流延方法将所述混合浆料刮涂至离型纸上)，得到氧化石墨烯质量百分含量不同的呈半固化状态的多张氧化石墨烯介电薄膜；在本发明中，半固化状态指的是介于固态和流动态之间的状态，需要加热升温才可以完全固化，该半固化状态便于后续实施铺层从而得到铺层结构；在本发明中，例如可以将流延后的离型纸上有浆料的部位朝上在室温中放置24～48h(例如24、30、36、40、44或48h)中，使得所述氧化石墨烯介电薄膜达到半固化状态；在本发明中，在流延过程中可以通过控制辊间间距和离型纸行驶速率调节所述氧化石墨烯介电薄膜的单层厚度以及所述薄膜的表面状态；在本发明中，所述离型纸行驶速率例如可以为1.8～2.2m/min，优选为2m/min，所述辊间间距(氧化石墨烯介电薄膜的厚度)例如可以为0.15～0.3mm，所述流延温度例如可以为50～70℃(例如50℃、55℃、60℃、65℃或70℃)，优选为60℃。

(3)将步骤(2)得到的多张所述氧化石墨烯介电薄膜按照氧化石墨烯质量百分含量递增或递减的方式与硬质泡沫材料层依次交替粘接，得到铺层结构；例如，在本发明中，按照梯度化渐变规律，从铺层结构的表层至底层采用不同浓度间隔的氧化石墨烯介电薄膜与硬质泡沫材料层交替粘接铺层，从铺层结构的底层至所述铺层结构的表层(与空气接触的空气层)，所述介电薄膜中氧化石墨烯吸收剂的质量百分含量依次递减，越接近空气，所述介电薄膜中的氧化石墨烯吸收剂的浓度越低；在本发明中，也将氧化石墨烯介电薄膜记作介电薄膜或半固化氧化石墨烯介电薄膜或半固化介电薄膜；在本发明中，所述氧化石墨烯介电薄膜和所述硬质泡沫材料层分别作为所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的吸收层和突变层。

(4)将步骤(3)得到的铺层结构进行固化，制得梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料；在本发明中，例如可以采用真空袋法进行所述铺层结构的固化成型。

本发明以氧化石墨烯作为吸收剂，制备半固化介电薄膜。本发明一方面通过控制介电薄膜的浓度实现多层梯度化设计，利用每张半固化介电薄膜的浓度差异实现阻抗匹配程度的提高；本发明另一方面在氧化石墨烯介电薄膜梯度层间插入突变层(硬质泡沫材料层)，可以构造来波方向上电磁参数的突变，利用厚度构造一次和二次电磁波的干涉从而降低回波能量，形成第i次入射波与第i-1次反射波相互抵消的干涉型吸收模式，实现吸收宽带化，能够形成吸收漩涡减少来波方向上的反射；本发明通过反射率仿真计算分析和电磁参数反演，在梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料铺层设计中，梯度化设计和突变层的插入会增加整体阻抗匹配程度，通过这两种因素的共同作用，拓宽了吸波材料的吸收频带。本发明一方面解决了吸波涂料、吸波贴片等传统材料力学性能差，环境适应性低等问题；另一方面，本发明的吸收层采用流延法制膜，区别于传统沉淀析出法等复杂方法，制作工期短，便于实现工程化生产，能够打破传统制备方法的局限性。

根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，先在预浸碳纤维布上依次铺设一层磁损耗层和一层硬质泡沫材料层，然后将步骤(2)中得到的多张所述氧化石墨烯介电薄膜按照氧化石墨烯质量百分含量递减的方式与硬质泡沫材料层依次交替粘接于所述预浸碳纤维布上铺设的所述硬质泡沫材料层上，得到所述铺层结构。在本发明中，例如可以由纳米磁性颗粒形成所述磁损耗层，所述纳米磁性颗粒的种类可以包括羰基铁粉、铁硅铝粉以及铁钴合金粉等。

根据一些优选的实施方式，在进行步骤(4)之前，先在所述铺层结构自所述预浸碳纤维布(例如浸渍环氧树脂的碳纤维布)向外的最外侧上铺设至少一层(例如1～5层)优选为3层预浸玻璃纤维布(例如浸渍环氧树脂的玻璃纤维布)。在本发明中，优选为在成型过程中，使用预浸玻璃纤维布作为所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的表面增强层，使用预浸碳纤维布作为所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的底部反射层，并在所述预浸碳纤维布的内表面铺设有所述磁损耗层以增加所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的磁损耗特性，有助于拓宽整体结构材料吸收频带。

根据一些优选的实施方式，所述氧化石墨烯为功能化氧化石墨烯，所述功能化氧化石墨烯的制备包括如下子步骤：

(a)用水和乙醇将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合均匀，得到混合液，然后将所述混合液的ph调节至3～4(例如3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0)，得到修饰溶液；

(b)将氧化石墨烯加入到步骤(a)得到的修饰溶液中并依次于室温(例如20～30℃)下搅拌1.5～2.5h(例如1.5、2或2.5h)和70～90℃(例如70℃、75℃、80℃、85℃或90℃)下搅拌18～36h(例如18、20、22、24、26、28、30、32、34或36h)，得到功能化氧化石墨烯溶液；和

(c)将步骤(b)得到的功能化氧化石墨烯溶液通过真空过滤收集滤饼，然后干燥所述滤饼，制得功能化氧化石墨烯；在本发明中，例如可以在进行所述真空过滤之前，依次使用去离子水和乙醇分别清洗所述功能化氧化石墨烯溶液3～5次；在本发明中，例如可以将抽滤得到的所述滤饼于室温(例如20～30℃)下真空干燥18～36h，并研磨干燥后的所述滤饼，制得功能化氧化石墨烯粉体。

在本发明中，采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷作为修饰剂，对所述氧化石墨烯进行原位修饰(功能化处理)，从而能够在氧化石墨烯表面枝接特殊官能团，带有特殊官能团的所述功能化氧化石墨烯吸收剂能够更容易地均匀分散至环氧树脂中，从而更有利于得到混合均匀的所述混合浆料，有利于保证本发明所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的性能。

根据一些优选的实施方式，所述水和所述乙醇的体积比为(2～4):1(例如2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1)；和/或所述氧化石墨烯和所述修饰溶液中包含的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为100：(1～5)(例如100:1、100:1.5、100:2、100:2.5、100:3、100:3.5、100:4、100:4.5或100:5)。

根据一些优选的实施方式，在所述铺层结构中，每相邻的两张所述氧化石墨烯介电薄膜中的氧化石墨烯的质量百分含量相差0.1～4％(例如0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％)。在本发明中，优选为每相邻的两张所述氧化石墨烯介电薄膜中的氧化石墨烯的质量百分含量相差0.1～4％，当相差过大时，会影响梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的吸波性能，不利于得到性能最佳的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

根据一些优选的实施方式，在所述铺层结构中，每张所述氧化石墨烯介电薄膜中的氧化石墨烯的质量百分含量为2～14％(例如2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％或14％)。

根据一些优选的实施方式，所述分散剂为正丁醇或二甲苯，所述助剂为玻璃微球，所述固化剂为聚醚胺；所述硬质泡沫材料层为聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫材料层(pmi硬质泡沫材料层)或聚氨酯硬质泡沫材料层。

根据一些优选的实施方式，所述分散剂、所述助剂、所述固化剂和所述环氧树脂的质量比为(100～200)：(1～4)：(30～60)：(100)(例如100:1:30:100、100:2:40:100、100:3:50:100、100:4:60:100、150:1:30:100、150:2:40:100、150:3:50:100、150:4:60:100、200:1:30:100、200:2:40:100、200:3:50:100或200:4:60:100)。在本发明中，在这一配比下的所述混合浆料的分散效果更好。

根据一些优选的实施方式，每张所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度为0.15～0.3mm(例如0.15、0.2、0.25或0.3mm)；每层所述硬质泡沫材料层的厚度为1～4mm(例如1、1.5、2、2.5、3、3.5或4mm)，所述硬质泡沫材料层的介电常数为1.5～2.5。在本发明中，在厚度允许的条件下，梯度化吸收层厚度的增大以及突变层厚度的增加有利于本发明中所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料反射率性能的提升；在本发明中，优选为每张所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度为0.15～0.3mm并且优选为每层所述硬质泡沫材料层的厚度为1～4mm。

根据一些优选的实施方式，每层所述预浸玻璃纤维布的厚度为0.1～0.15mm(例如0.1、0.12或0.15mm)，优选为0.1mm；和/或所述预浸碳纤维布的厚度为0.15～0.25mm(例如0.15、0.2或0.25mm)，优选为0.2mm，所述磁损耗层的厚度为1～1.4mm(例如1、1.1、1.2、1.3或1.4mm)。

根据一些优选的实施方式，在步骤(4)中，所述固化包括第一阶段固化和第二阶段固化；所述第一阶段固化的温度为80～100℃(例如80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)，所述第一阶段固化的时间为1～2h(例如1、1.5或2h)；所述第二阶段固化的温度为100～130℃(例如100、110、120或130℃)，所述第二阶段固化的时间为2～3h(例如2、2.5或3h)。特别说明的是，本发明所述的第一阶段固化中的术语“第一”和所述的第二阶段固化中的术语“第二”表示的是进行固化步骤时的先后顺序。本发明优选为采用在两个不同温度阶段进行分段固化一方面能防止初始固化温度过高使得所述梯度型氧化石墨基结构吸波材料产生气泡或者烧坏，另一方面能使得最终制得的所述梯度型氧化石墨基结构吸波材料的组织结构更加均匀。

根据一些具体的实施方式，本发明中所述的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的制备步骤包括：

s1：树脂中氧化石墨烯的分散

将不同质量的多份功能化氧化石墨烯分别分散到多份正丁醇中，得到多份分散浆料，然后往多份所述分散浆料中分别加入玻璃微球和环氧树脂搅拌10～12h(例如在转速为450～500r/min的条件下进行所述分散搅拌)，最后加入聚醚胺(d-230)，搅拌2～3h，其中，正丁醇、玻璃微球、聚醚胺和环氧树脂的质量比为(100～200)：(1～4)：(30～60)：(100)，最终得到氧化石墨烯质量百分含量不同多份所述混合浆料，然后放入冰箱，低温储存(防止快速固化)；在氧化石墨烯在环氧树脂中分散的过程中，正丁醇会被挥发掉，在本发明中，将挥发掉正丁醇的所述混合浆料也记作氧化石墨烯/环氧树脂分散浆料。

所述功能化氧化石墨烯可以用如下方法制备：

①将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)分散到水和乙醇的混合液中(水和乙醇体积比为3:1)，使用冰醋酸调节混合液的ph至3.5，搅拌15min，直至混合均匀，得到所述修饰溶液；

②将氧化石墨烯加入到①得到的修饰溶液中，其中，氧化石墨烯和kh-560的质量比为100：(1～5)，于室温下搅拌2h，再置于80℃油浴中，加热搅拌24h，得到功能化氧化石墨烯溶液。

③先使用去离子水和乙醇分别清洗②制备的功能化氧化石墨烯溶液3次，然后将清洗后的所述功能化氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，将抽滤得到的滤饼室温真空干燥24h，研磨并得到功能化氧化石墨烯粉体。

s2：半固化氧化石墨烯介电薄膜的制备

将s1中制备的多份所述混合浆料从低温中取出，将流延机的离型纸行驶速率调至2m/min，辊温度控制在60℃条件下在多张离型纸上进行所述混合浆料的刮膜，每张氧化石墨烯介电薄膜的厚度为0.2mm，刮膜完成后不可卷曲，将有浆料的部位朝上在室温中放置24～48h达到半固化状态，得到氧化石墨烯质量百分含量不同的呈半固化状态的多张氧化石墨烯介电薄膜。

s3：氧化石墨烯薄膜和硬质泡沫材料层的梯度化铺层

从下至上的铺层方式依次为：所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的最底层为浸渍环氧树脂的碳纤维布一层，厚度为0.2mm；在所述碳纤维布层的表面喷涂一层厚度为1～1.4mm磁性损耗层，待磁性损耗层固化；在磁性损耗层上方粘贴一层厚度为4mm的涂刷有环氧树脂的pmi硬质泡沫材料层；粘贴完成后，将s2得到的多张所述氧化石墨烯介电薄膜按照氧化石墨烯质量百分含量递减的方式与厚度为1～4mm并且介电常数为1.5～2.5的硬质泡沫材料层依次交替粘接于所述磁性损耗层上；最后在所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的最顶层铺设3层预浸玻璃纤维布，得到铺层结构；在所述铺层结构中，每相邻的两张所述氧化石墨烯介电薄膜中的氧化石墨烯的质量百分含量相差0.1～4％；在交替粘接铺层过程中，从所述氧化石墨烯介电薄膜的背后揭开介电薄膜的离型纸，然后将所述氧化石墨烯介电薄膜粘贴在硬质泡沫材料层上，而硬质泡沫材料层的表面粘接例如可以采用刮膜时采用的同款环氧树脂作为胶粘剂进行粘接。

s4：复合成型

采用真空袋法将s3得到的铺层结构进行固化，将所述铺层结构放入烘箱内，边抽真空边进行固化；所述固化时分两步进行，首先在80～100℃温度条件下放置1～2h，最后在100～130℃温度条件下放置2-3h，自然冷却至室温，制得梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

本发明通过对氧化石墨烯介电薄膜的梯度化设计，提高来波方向上的阻抗匹配程度，减少第一次的回波数量；同时通过对宽频带吸波材料的电磁参数反演，在梯度层间插入突变层，构造来波方向上的电磁参数突变结构，形成电磁参数骤减或者突增的现象，形成吸收漩涡减少来波方向上的反射。本发明解决了轻质、宽带、高吸收的传统吸波材料瓶颈问题，具有可设计性强、带宽宽、吸波能力强等特点，便于一体化成型。

本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的制备方法制得的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。这些实施例只是就本发明的优选实施方式进行举例说明，本发明的保护范围不应解释为仅限于这些实施例。

实施例1

①将质量为5g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)分散到水和乙醇的混合液中(水和乙醇体积比为3:1)，使用冰醋酸调节混合溶液ph至3.5，搅拌15min，直至混合均匀，得到修饰溶液。

②将100g氧化石墨烯加入到①得到的修饰溶液中，搅拌2h，再将上述修饰溶液置于80℃油浴中，加热搅拌24h，得到功能化氧化石墨烯溶液。

③先使用去离子水和乙醇分别清洗②制备的功能化氧化石墨烯溶液3次，然后将清洗后的所述功能化氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，将抽滤得到的滤饼室温真空干燥24h，研磨并得到功能化氧化石墨烯粉体。

④分别将2.8g、5.6g、8.6g、11.7g、14.9g、18.3g、21.9g的③所得的功能化氧化石墨烯分散到7份100g正丁醇中制备7份溶液，然后往所述7份溶液中分别加入4g玻璃微球以及100g环氧树脂搅拌10h，最后分别加入30g聚醚胺(d-230)，搅拌2h，从而得到7份(7种)功能化氧化石墨烯粉体的质量分数(质量百分含量)分别为2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％的氧化石墨烯/环氧树脂分散浆料；然后放入冰箱，低温储存。

⑤将④中制备的7份混合浆料从低温中取出，分别在流延机中进行氧化石墨烯介电薄膜刮涂，离型纸行驶速率调至2m/min，辊温度控制在60℃，辊间距控制在0.2mm，刮膜完成后不可卷曲，有浆料的部位朝上在室温中放置48h达到半固化状态，之后分别裁剪成尺寸为320mm×320mm正方形薄片，分别在7张离型纸上得到7张氧化石墨烯质量百分含量分别为2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％的呈半固化状态的氧化石墨烯介电薄膜。

⑥进行结构铺层：梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的最底层为浸渍环氧树脂的碳纤维布一层，厚度为0.2mm；在碳纤维布层表面喷涂1.4mm磁性损耗层，待磁性损耗层固化。

⑦在磁性损耗层上方粘贴一层涂刷有环氧树脂的pmi硬质泡沫材料层，硬质泡沫材料层的大小为320mm×320mm，硬质泡沫材料层厚度为4mm；粘贴完成后，将功能化氧化石墨烯的质量分数为14％的介电薄膜黑色面朝向pmi硬质泡沫材料层，二者对齐后揭开离型纸，将氧化石墨烯介电薄膜粘贴到pmi硬质泡沫材料层上。

⑧参照上述步骤⑦，依次进行其它6层不同质量分数的介电薄膜铺层，铺层顺序为pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为12％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为10％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为8％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为6％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为4％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜；最后在氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜的上表面铺设3层预浸玻璃纤维布(总厚度为0.3mm)，预浸玻璃纤维布的预浸树脂与制作氧化石墨烯介电薄膜的树脂相同，得到铺层结构；在所述铺层结构中，每层(张)所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度均为0.2mm，每层所述pmi硬质泡沫材料层的厚度为4mm，每张介电薄膜的大小以及每层pmi硬质泡沫材料层的大小均为320mm×320mm。

⑨铺层完成后，对⑧中的铺层结构进行固化；固化过程采用真空袋法进行，抽真空完成后放入烘箱内，边抽真空边进行固化；固化时分两步进行，首先在80℃温度条件下放置1h，最后在130℃温度条件下放置2h，从烘箱中取出后自然冷却至室温，即可得到梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

本实施例制备完成的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料厚度为31.3mm；本实施例中的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率测试结果如图2所示，在2ghz-18ghz频段内，反射率均低于-20db，在6-18ghz频段内，反射率低于-25db，所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料展现出宽频特征。

实施例2

①将质量为3g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)分散到水和乙醇的混合液中(水和乙醇体积比为3:1)，使用冰醋酸调节混合溶液ph至3.5，搅拌15min，直至混合均匀，得到修饰溶液。

②将100g氧化石墨烯加入到①得到的修饰溶液中，搅拌2h，再将上述修饰溶液置于80℃油浴中，加热搅拌24h，得到功能化氧化石墨烯溶液。

③先使用去离子水和乙醇分别清洗②制备的功能化氧化石墨烯溶液3次，然后将清洗后的所述功能化氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，将抽滤得到的滤饼室温真空干燥24h，研磨并得到功能化氧化石墨烯粉体。

④分别将3.06g、9.57g、16.67g、24.4g的③所得的功能化氧化石墨烯分散到4份150g正丁醇中制备4份溶液，然后往所述4份溶液中分别加入1g玻璃微球以及100g环氧树脂搅拌12h，最后分别加入50g聚醚胺(d-230)，搅拌2h，从而得到4份功能化氧化石墨烯粉体的质量分数分别为2％、6％、10％、14％的氧化石墨烯/环氧树脂分散浆料；然后放入冰箱，低温储存。

⑤将④中制备的4份混合浆料从低温中取出，分别在流延机中进行氧化石墨烯介电薄膜刮涂，离型纸行驶速率调至2m/min，辊温度控制在60℃，辊间距控制在0.2mm，刮膜完成后不可卷曲，有浆料的部位朝上在室温中放置36h达到半固化状态，之后分别裁剪成尺寸为320mm×320mm正方形薄片，分别在4张离型纸上得到4张氧化石墨烯质量百分含量分别为2％、6％、10％、14％呈半固化状态的氧化石墨烯介电薄膜。

⑥进行结构铺层，梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的最底层为浸渍环氧树脂的碳纤维布一层，厚度为0.2mm；在碳纤维布层表面喷涂1.2mm磁性损耗层，待磁性损耗层固化。

⑦在磁性损耗层上方粘贴一层涂刷有环氧树脂的pmi硬质泡沫材料层，硬质泡沫材料层大小为320×320mm，硬质泡沫材料层厚度为4mm；粘贴完成后，将功能化氧化石墨烯的质量分数为14％的介电薄膜黑色面朝向pmi硬质泡沫材料层，二者对齐后揭开离型纸，将氧化石墨烯介电薄膜粘贴到pmi硬质泡沫材料层上。

⑧参照上述步骤⑦，依次进行其它3层不同质量分数的介电薄膜铺层，铺层顺序为pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为10％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为6％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜，最后在氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜的上表面铺设3层预浸玻璃纤维布(总厚度为0.3mm)，预浸玻璃纤维布的预浸树脂与制作氧化石墨烯介电薄膜的树脂相同，得到铺层结构；在所述铺层结构中，每层(张)所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度均为0.2mm，每层所述pmi硬质泡沫材料层的厚度为4mm，每张介电薄膜的大小以及每层pmi硬质泡沫材料层的大小均为320mm×320mm。

⑨铺层完成后，对⑧中的铺层结构进行固化；固化过程采用真空袋法进行，抽真空完成后放入烘箱内，边抽真空边进行固化；固化时分两步进行，首先在90℃温度条件下放置1h，最后在120℃温度条件下放置3h，从烘箱中取出后自然冷却至室温，即可得到梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

本实施例制备完成的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料厚度为18.5mm；本实施例中的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率测试结果如图3所示，在2ghz-18ghz频段内，反射率低于-10db，在6ghz-18ghz频段内，反射率均低于-20db，所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料展现出宽频特征。

实施例3

①将质量为8g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)分散到水和乙醇的混合液中(水和乙醇体积比为3:1)，使用冰醋酸调节混合溶液ph至3.5，搅拌15min，直至混合均匀，得到修饰溶液。

②将100g氧化石墨烯加入到①得到的修饰溶液中，搅拌2h，再将上述修饰溶液置于80℃油浴中，加热搅拌24h，得到功能化氧化石墨烯溶液。

③先使用去离子水和乙醇分别清洗②制备的功能化氧化石墨烯溶液3次，然后将清洗后的功能化氧化石墨烯溶液进行真空抽滤，将抽滤得到的滤饼室温真空干燥24h，研磨并得到功能化氧化石墨烯粉体。

④分别将3.1g、13.1g、24.5g的③所得的功能化氧化石墨烯分散到3份150g正丁醇中制备3份溶液，然后往所述3份溶液中分别加入5g玻璃微球以及100g环氧树脂搅拌12h，最后分别加入45g聚醚胺(d-230)，搅拌2h，从而得到3份功能化氧化石墨烯粉体的质量分数分别为2％、8％、14％的氧化石墨烯/环氧树脂分散浆料；然后放入冰箱，低温储存。

⑤将④中制备的3份混合浆料从低温中取出，分别在流延机中进行介电薄膜刮涂，离型纸行驶速率调至2m/min，辊温度控制在60℃，辊间距控制在0.2mm，刮膜完成后不可卷曲，有浆料的部位朝上在室温中放置40h达到半固化状态，之后分别裁剪成尺寸为320mm×320mm正方形薄片，分别在6张离型纸上得到6张氧化石墨烯质量百分含量分别为2％、2％、8％、8％、14％、14％的呈半固化状态的氧化石墨烯介电薄膜。

⑥进行结构铺层，梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的最底层为浸渍环氧树脂的碳纤维布一层，厚度为0.2mm；在碳纤维布层表面喷涂1.4mm磁性损耗层，待磁性损耗层固化。

⑦在磁性损耗层上方粘贴一层涂刷有环氧树脂的pmi硬质泡沫材料层，硬质泡沫材料层大小为320mm×320mm，硬质泡沫材料层的厚度为3mm；粘贴完成后，将功能化氧化石墨烯的质量分数为14％的介电薄膜黑色面朝向硬质泡沫材料层，二者对齐后揭开离型纸，将氧化石墨烯介电薄膜粘贴到pmi硬质泡沫材料层上。

⑧参照上述步骤⑦，依次进行其它5层不同质量分数的介电薄膜铺层，铺层顺序为pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为14％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为8％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为8％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜、pmi硬质泡沫材料层、功能化氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜，最后在功能化氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜的上表面铺设3层玻纤预浸布(总厚度0.3mm)，预浸玻璃纤维布的预浸树脂与制作氧化石墨烯介电薄膜的树脂相同，得到铺层结构；在所述铺层结构中，每层(张)所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度均为0.2mm，每层所述pmi硬质泡沫材料层的厚度为3mm，每张介电薄膜的大小以及每层pmi硬质泡沫材料层的大小均为320mm×320mm。

⑨铺层完成后，对⑧中的铺层结构进行固化；固化过程采用真空袋法进行，抽真空完成后放入烘箱内，边抽真空边进行固化；固化时分两步进行，首先在90℃温度条件下放置1h，最后在120℃温度条件下放置3h，从烘箱中取出后自然冷却至室温，即可得到梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料。

本实施例制备完成的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料厚度为21.1mm；本实施例中的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率测试结果如图4所示，在2ghz-18ghz频段内，反射率低于-10db；所述梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料展现出宽频特征。

实施例4

实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：

不包括步骤①、②和③，未对氧化石墨烯进行功能化处理(未进行修饰)，直接采用氧化石墨烯配制氧化石墨烯/环氧树脂分散浆料；其它薄膜填充浓度及铺层顺序不变。

本实施例制备完成的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料厚度为31.3mm；本实施例中的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率测试结果如图5所示，在2ghz-18ghz频段内，反射率均低于-4.5db，相比与功能化后的氧化石墨烯性能差异较大，氧化石墨烯的功能化过程将其电磁参数调控至阻抗较为匹配的状态，有助于电磁波在结构平板中发生能量转化。

本实施例中的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料的性能指标如表1所示。

对比例1

将厚度为20mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.1％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。

将厚度为20mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.5％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。

将厚度为20mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量1.0％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。

将厚度为4mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量1.5％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。

用粘合剂涂覆在泡沫材料表面将上述四层泡沫材料粘合在一起，形成多层泡沫吸波材料。

本对比例制得的吸波材料在2ghz～2.6ghz频率范围内小于-15db，在2.6ghz～18ghz频率范围内反射率小于-20db。

本对比例通过浸渍法制备多层梯度材料，具有一定的宽带吸波性能，但是仍存在一定的不足之处：一方面其制备过程较为复杂，浸渍精度难以保证，每层开孔聚氨酯泡沫浸渍程度直接影响整体多层材料的吸波效果；另一方面，本对比例中的开孔聚氨酯泡沫属软质材料，无法应用于机翼、进气道等结构件中起承载作用，并且其多层吸波材料产品厚度较大，只能在以填充为主的空壳类部件中使用起到吸波作用，可应用场景较少。

对比例2

分别将1.5g、2g、2.5g、3g、3.5g的石墨烯和30g热塑性聚氨酯溶于1000ml的氮-氮二甲基甲酰胺中得到第一混合溶液，将溶解好的石墨烯/热塑性聚氨酯/氮-氮二甲基甲酰胺溶液置于探头式超声波发生仪中，在超声功率为480w的条件下进行超声处理40min。将超声处理后的第一溶液在60℃的条件下搅拌5h。

将搅拌完成的石墨烯/热塑性聚氨酯/氮-氮二甲基甲酰胺溶液以1:10的质量比缓慢倾倒入去离子水中，以使得石墨烯/热塑性聚氨酯共混物沉淀析出。然后进行过滤得到石墨烯/热塑性聚氨酯共混物沉淀。

将共混物沉淀置于鼓风干燥箱中在80℃的条件下烘干处理36h得到石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料。

将石墨烯添加量为1.5g/2g/2.5g/3g/3.5g的石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料均按照8g：100ml溶于二氧六环中，然后在60℃的条件下剧烈搅拌5h得到不同浓度的第二混合溶液。

将石墨烯添加量为3.5g的溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在表面皿中，将此表面皿置于铁板上，将铁板浸在液氮中，待二氧六环全部变成固态后得到第一层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将石墨烯添加量为3g的溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第一层发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第二层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将石墨烯添加量为2.5g的溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第二层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第三层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将石墨烯添加量为2g的溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第三层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第四层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将石墨烯添加量为1.5g的溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第四层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第五层发泡吸波层。

将五层发泡吸波层置于冷冻干燥机中，在-80℃的条件下干燥48h，使二氧六环升华而泡孔结构得到保留，得到石墨烯含量呈逐层梯度分布的梯度层状发泡吸波材料。

本对比例采用的是浇铸共发泡的制备方法，制备出的为硬质多层吸波材料，可作为结构材料用于隐身承载一体化，但是存在一定的不足之处：一方面试验规程需要-80℃低温，并且制备时长共需约80h，时间周期较长，实验条件较为苛刻；另一方面制备出的多层结构材料吸收频带较窄，不能满足吸波材料“薄、轻、宽(带宽宽)、强(吸波性能强)”的吸波材料基本要求。

本对比例中的梯度层状发泡吸波材料的性能指标如表1所示。

对比例3

对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于：

不包括实施例1中的步骤⑦，不需要粘贴pmi泡沫层直接在步骤⑥得到的磁性损耗层上依次铺设氧化石墨烯质量百分含量分别为14％、12％、10％、8％、6％、4％、2％的7张呈半固化状态的氧化石墨烯介电薄膜，然后在氧化石墨烯的质量分数为2％的介电薄膜的上表面铺设3层预浸玻璃纤维布(总厚度为0.3mm)，预浸玻璃纤维布的预浸树脂与制作氧化石墨烯介电薄膜的树脂相同，得到铺层结构；在所述铺层结构中，每层(张)所述氧化石墨烯介电薄膜的厚度均为0.2mm；铺层完成后，对铺层结构进行固化；固化过程采用真空袋法进行，抽真空完成后放入烘箱内，边抽真空边进行固化；固化时分两步进行，首先在80℃温度条件下放置1h，最后在130℃温度条件下放置2h，从烘箱中取出后自然冷却至室温，即可得到氧化石墨烯基结构吸波材料。

本对比例制备完成的氧化石墨烯基结构吸波材料厚度为3.3mm，本实施例中的氧化石墨烯基结构吸波材料的反射率测试结果如图6所示，在2ghz-18ghz频段内，反射率性能较差，没有硬质泡沫突变层的插入失去了电磁参数的突变，大幅降低了结构材料整体的吸波性能。

本对比例中的氧化石墨烯基结构吸波材料的性能指标如表1所示。

表1：实施例1～4以及对比例1～3制得的吸波材料的性能指标。

符号-：表示未进行相应性能指标的测试。

从表1的结果可知，本发明制得的梯度型氧化石墨烯基结构吸波材料具有轻质、宽频吸收、吸波性能优异、力学性能优异等优点，可用于武器装备弹翼、机翼、进气道等结构部件rcs缩减，具有良好的应用前景。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。