[發明專利]一種寬帶輕質超材料吸波結構的制備與應用

有效

• 申請號: 201810515194.7
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108601317B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 童國秀;和子棟;王帆琦;陳錫煒;孫嘉誠;郭超;吳文華
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

1.一種寬帶輕質超材料吸波結構，其特征在于將微波吸收材料填充到具有超材料基板的鏤空縫隙中；超材料的結構單元為蚊香形鏤空圖案，尺寸為1～3cm，在180mm×180mm的基板上呈5×5，8×8，14×14的二維陣列分布；

在1～40GHz頻率范圍內，小于等于-10dB的有效帶寬為3.5～16.8GHz；最大吸收為-14.6～-51.1dB；面密度為0.081～0.932kg·m^-2；

所述具有超材料基板的材料為FR4和聚四氟乙烯中的一種，介電常數為3.6～4.2，基板厚度為0.5～2mm；

所述的微波吸收材料由按一定的質量分數的吸收劑和石蠟混合而成，吸收劑為膨脹石墨、五羰基鐵粉、膨脹石墨/Fe₃O₄復合物、膨脹石墨/Fe/Fe₃O₄復合物中的一種；

所述膨脹石墨在石蠟中填充的質量分數為10％～20％；五羰基鐵粉在石蠟中填充的質量分數為73.67％～81.88％；膨脹石墨/Fe₃O₄的復合物在石蠟中填充的質量分數為10％～20％；膨脹石墨/Fe/Fe₃O₄復合物在石蠟中填充的質量分數為10％～20％。

2.一種如權利要求1所述寬帶輕質超材料吸波結構的應用，其特征是在微波隱身技術、天線、安檢、熱輻射探測、熱輻射成像或無損探測領域中的應用。

3.一種如權利要求1所述的寬帶輕質超材料吸波結構的制備方法，其特征是先用DXP軟件設計圖案，連接全自動數控鉆銑雕刻一體機，將基板固定在雕刻區，進行鏤空雕刻；再按一定的質量分數將吸收劑與熔融狀態的石蠟混合均勻，得到微波吸收材料；最后將上述微波吸收材料均勻地填充到基板鏤空圖案的縫隙中，得到所述的寬帶輕質超材料吸波結構；

所述吸收劑的制備包括以下步驟：

(1)膨脹石墨的制備：

采用球磨-熱膨脹工藝制備膨脹石墨：先將可膨脹石墨在600～700℃下膨脹30min，得到膨脹石墨；

(2)膨脹石墨/Fe/Fe₃O₄復合材料的制備：

在室溫下，量取1mLFe(CO)₅加到裝有0.1g膨脹石墨的陶瓷方舟中，浸漬吸附30min后，將陶瓷方舟置于單溫管式爐中，在氮氣保護下300℃煅燒2h，升溫速率是5℃·min^-1；

(3)膨脹石墨/Fe₃O₄材料的制備：

在室溫下，稱取0.5g的膨脹石墨、1.2974g FeCl₃·6H₂O、200mL的蒸餾水加入到燒杯攪拌10–30min，再加入0.5906gNa₂C₂O₄，繼續攪拌30min；然后抽濾、洗滌、干燥后得到前驅物，再將前驅物放置在單溫管式爐內，在氮氣保護下500℃煅燒2h，升溫速率是5℃·min^-1；最后得到膨脹石墨/Fe₃O₄復合材料。