一种基于超构表面的吸波涂层及其制备方法与流程

本发明属于雷达吸波涂层，具体属于一种基于超构表面的吸波涂层及其制备方法。

背景技术：

1、信息化战争条件下，各种先进的探测手段和精确打击系统对武器装备的突防和生存能力构成了巨大威胁。在各类军用探测手段中，雷达探测占比高达60%以上，是武器装备的主要战场威胁。随着武器装备轻量化、智能化、隐身化的要求逐渐提升，对雷达隐身材料“薄、轻、宽、强”的需求更加迫切。在现有装备的隐身体系中，吸波涂层仍然是最主要的雷达隐身手段，其性能的优劣直接决定着现役装备的战场生存能力。

2、传统的吸波涂层主要采用磁性金属粒子、铁氧体等材料作为吸波剂，存在面密度大、易氧化、不耐高温等突出应用问题，环境适应性较差，与武器装备隐身需求的发展不相适应。近年来，以碳纳米管、石墨烯为代表的碳基多维度纳米材料以其优异的力学、热学、电磁学和化学性能，成为新一代轻质雷达吸波剂的代表，为解决传统磁性吸波材料存在的上述突出问题提供了一条重要可行途径。

3、申请号为201210151472.8的中国专利申请公开了一种碳纳米管掺杂聚席夫碱/羰基铁粉复合隐身材料， 由碳纳米管、 聚席夫碱、羰基铁粉复合制得。 碳纳米管的质量占整个复合材料的6%~11%，聚席夫碱的质量占整个复合材料的27%~31%，余量为纳米羰基铁粉。该材料具有优异的吸波性能， 同时具有吸收频带宽、 成本低廉、 制备简单、 密度低的优点， 在吸波材料、 抗静电材料，电磁屏蔽材料等方面有着广阔的应用前景。该材料虽然通过添加碳纳米管来实现在不影响吸波性能的前提下降低涂层的密度，但是碳纳米管的添加量占比少，所以对涂层的密度的改善有限。

技术实现思路

1、基于现有的磁介质型吸波剂组成的吸波涂层存在的密度大、环境适应性差的问题，本发明提出了一种基于超构表面的吸波涂层及其制备方法，大幅降低吸波涂层的密度，增强吸波涂层的环境适应性。

2、所述的基于超构表面的吸波涂层，包括底层涂层和面层涂层，所述的底层涂层主要由基体树脂和磁介质型吸波剂组成；所述面层涂层主要由基体树脂和碳基纳米材料吸波剂组成；所述面层涂层的表面设置有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超结构。

3、本发明通过引入具有微/纳分级结构的多尺度新型轻质的碳基纳米材料吸波剂，达到大幅降低吸波涂层的密度，增强吸波涂层的环境适应性的目的，再辅以面层涂层的表面超结构谐振单元设计，进一步降低吸波涂层的密度，并拓宽吸波频域。且本发明提供的基于超构表面的吸波涂层为多层结构设计，通过面层涂层将含有磁介质型吸波剂的底层涂层包覆起来，隔绝了含有磁介质型吸波剂的底层涂层与外界的接触，从而降低了底层涂层受外界环境影响而产生的负面性能变化。可以解决目前雷达吸波涂层在海洋环境下性能下降或者功能失效的问题，且能降低涂层密度，拓宽应用场景。

4、优选的，所述的底层涂层和面层涂层的厚度比为1~1: 10。

5、优选的，所述的底层涂层的厚度为0.1~1 mm。

6、优选的，所述的面层涂层厚度为0.1~1 mm。

7、优选的，所述的基体树脂包括环氧树脂或改性环氧树脂。

8、进一步优选，所述的环氧树脂包括缩水甘油醚类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂或缩水甘油酯类环氧树脂。

9、进一步优选，所述的改性环氧树脂包括有机硅改性环氧树脂，丙烯酸改性环氧树脂或聚氨酯改性环氧树脂。

10、优选的，所述的碳基纳米吸波剂为碳纳米管吸波剂。

11、优选的，所述磁介质型吸波剂为羰基铁吸波剂。

12、优选的，所述的底层涂层表面设置有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超结构。

13、优选的，所述的多边形谐振单元的边长为1~ 4 mm，凸起高度为0.1~1 mm，相邻多边形谐振单元的间隙宽度为0.2~0.8 mm。

14、优选的，所述的多边形谐振单元的形状包括正方形、长方形、正五边形、正六边形、正八边形。

15、优选的，所述的面层涂层，主要由以下原材料组成：碳基纳米材料吸波剂2%~20%，基体树脂75%~93%，余量为分散剂，各组分质量百分比之和为100%。

16、优选的，所述的底层涂层，主要由以下原材料组成：磁介质型吸波剂60%~80%，基体树脂15%~35%，余量为分散剂，各组分质量百分比之和为100%。

17、所述的基于超构表面的吸波涂层的制备方法，包括以下步骤：

18、步骤一、将基材表面依次进行粗化处理，清洗处理，干燥处理；

19、步骤二、在基材表面涂覆底层涂层的涂料，并进行固化，在基材表面形成底层涂层；

20、步骤三：在步骤二中制得的底层涂层上涂覆面层涂层的涂料，并进行固化，在底层涂层的表面形成面层涂层；

21、步骤四：采用高精度雕刻法对步骤三中制得的面层涂层的表面进行雕刻，使面层涂层的表面为具有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超构表面。

22、优选的，对步骤二制备的底层涂层表面依次进行粗化处理，清洗处理，干燥处理。

23、粗化底层涂层的表面，可以增大面层涂层与底层涂层的接触面积，进而增大层间结合力。

24、优选的，在步骤二处理后，采用高精度雕刻法对对步骤二中制得的底层涂层的表面进行雕刻，使底层涂层的表面为具有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超构表面。

25、对底层涂层的表面进行超构设计，一方面可以增大层间的结合力，另一方面在底层涂层和面层涂层的界面处形成谐振单元的超构界面，增加吸波效果。

26、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

27、（1）本发明提供的基于超构表面的吸波涂层，通过多层设计，使各吸波涂层之间相互弥补彼此的不足，用面层涂层包覆底层涂层，可以有效保护底层涂层，防止外界环境对底层涂层造成不利影响，如氧化等；同时底层涂层和面层涂层相互配合，结合周期性排列的多边形谐振单元的超构表面设计，拓宽了吸波频率，使得本发明提供的吸波涂层具有良好的全频段电磁波吸收性能。

28、（2）本发明提供的基于超构表面的吸波涂层，结合超结构设计，不仅可以拓宽吸波频率，而且可以降低涂层的面密度，相比于传统吸波涂层减重达65%以上。

29、（3）本发明提供的基于超构表面的吸波涂层，通过面层涂层对底层涂层的保护和超结构设计，增强了吸波涂层的环境适应性。

技术特征：

1.一种基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，包括底层涂层和面层涂层，所述的底层涂层主要由基体树脂和磁介质型吸波剂组成；所述面层涂层主要由基体树脂和碳基纳米材料吸波剂组成；所述面层涂层的表面设置有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超结构。

2.根据权利要求1所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，所述的底层涂层表面设置有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超结构。

3.根据权利要求1所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，所述的基体树脂包括环氧树脂或改性环氧树脂。

4.根据权利要求3所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，所述的环氧树脂包括缩水甘油醚类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂或缩水甘油酯类环氧树脂；

5.根据权利要求3所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，所述的碳基纳米吸波剂为碳纳米管吸波剂；

6. 根据权利要求1所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，所述的多边形谐振单元的边长为1~ 4 mm，凸起高度为0.1~1 mm，相邻多边形谐振单元的间隙宽度为0.2~0.8mm。

7.根据权利要求1所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，所述的面层涂层，主要由以下原材料组成：碳基纳米材料吸波剂2%~20%，基体树脂75%~93%，余量为分散剂，各组分质量百分比之和为100%；

8.根据权利要求1所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种制备权利要求8所述的基于超构表面的吸波涂层的制备方法，其特征在于，在步骤三前，对步骤二制备的底层涂层表面依次进行粗化处理，清洗处理，干燥处理。

10.根据权利要求8所述的基于超构表面的吸波涂层，其特征在于，在步骤三前，采用高精度雕刻法对对步骤二中制得的底层涂层的表面进行雕刻，使底层涂层的表面为具有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超构表面。

技术总结
本发明提供了一种基于超构表面的吸波涂层及其制备方法，涉及雷达吸波功能涂料领域。所述基于超构表面的吸波涂层，包括底层涂层和面层涂层，所述的底层涂层主要由基体树脂和磁介质型吸波剂组成；所述面层涂层主要由基体树脂和碳基纳米材料吸波剂组成；所述面层涂层的表面设置有凸起的多边形谐振单元周期排列构成的超结构。本发明提供的吸波涂层具有良好的全频段电磁波吸收性能，同时相比传统吸波涂层减重65%以上，可解决现有吸波涂层面密度过大，耐环境性能不足等问题，拓展吸波涂层的使用范围。

技术研发人员：刘柳,程明,周聪宇,朱时霖,于浩,李林娇,李慧敏
受保护的技术使用者：航天科工武汉磁电有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11