[發(fā)明專利]一種基于反射特性的碳納米管吸波材料吸波性能檢測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010233676.0
• 申請(qǐng)日: 2020-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN111380928B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋國榮;石雨宸;呂炎;張斌鵬;杜曉宇;何存富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22;G01N23/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

一種碳納米管吸波材料吸波性能檢測方法，涉及電磁波反射系數(shù)的計(jì)算方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。碳納米管是隱身技術(shù)中的重要吸波材料,不同體積占比碳納米管吸波材料吸波性能檢測與評(píng)價(jià)是工程應(yīng)用研究的熱點(diǎn)問題。在以電磁波反射特性為主的吸波性能檢測中，反射系數(shù)曲線包含吸波材料吸波性能方面的許多信息，例如：?10dB帶寬，反射系數(shù)最小值，中心頻率。本發(fā)明基于吸波材料中電磁波反射特性理論建模，提出利用反射系數(shù)表征碳納米管吸波材料吸波性能的新方法，利用等效電阻—電容網(wǎng)絡(luò)模型，定量分析碳納米管吸波材料的介電特性；利用層狀介質(zhì)傳播模型，分析電磁波在金屬襯底吸波介質(zhì)中傳播時(shí)的反射特性，提取特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同體積占比碳納米管吸波材料的吸波性能檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于反射特性的碳納米管吸波材料吸波性能檢測方法，可對(duì)不同配比碳納米管吸波材料反射系數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管吸波材料吸波性能的檢測。

背景技術(shù)

隨著微波工程技術(shù)的迅猛發(fā)展，隱身技術(shù)作為電磁波吸波技術(shù)的典型應(yīng)用，在國防軍工、航空航天、電子信息等重點(diǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。吸波材料能夠有效吸收或散射衰減入射其表面的電磁波，是隱身材料中發(fā)展最快的一類功能材料，其中，碳納米管吸波材料因其具有獨(dú)特的金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性和機(jī)械強(qiáng)度、以及高頻寬帶電磁波吸收特性，使其成為重要的吸波涂層材。現(xiàn)有研究表明，復(fù)合型碳納米管材料厚度和體積占比對(duì)吸波材料的吸波性能有著重要影響。盡管當(dāng)前碳納米管復(fù)合吸波材料的研究取得了良好的發(fā)展，但對(duì)實(shí)現(xiàn)厚度薄、密度小、吸收強(qiáng)、頻段寬等方面的要求，尚缺乏全面有效的評(píng)價(jià)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了利用電磁波反射特性表征不同體積占比碳納米管吸波材料吸波性能的新方法。通過對(duì)金屬襯底吸波介質(zhì)電磁波反射系數(shù)的理論計(jì)算，建立吸波材料反射系數(shù)與材料介電常數(shù)、磁導(dǎo)率等電磁參數(shù)、入射波頻率及材料厚度間的理論關(guān)系模型，對(duì)不同厚度和不同體積占比碳納米管吸波材料反射系數(shù)進(jìn)行數(shù)值仿真分析，提取特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同體積占比碳納米管吸波材料吸波性能的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決不同體積占比碳納米管復(fù)合吸波材料吸波性能全面有效的評(píng)價(jià)問題，提出一種先進(jìn)的吸波性能檢測方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于反射特性的碳納米管吸波材料吸波性能檢測方法，該方法的具體實(shí)施過程如下，

步驟1)：碳納米管/聚合物復(fù)合材料介電特性的公式。

這里需要說明的是，當(dāng)電磁波入射到導(dǎo)體與絕緣體的復(fù)合材料表面時(shí)，會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生傳導(dǎo)電流和位移電流。可采用等效電阻-電容網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)碳納米管/聚合物復(fù)合材料的介電特性進(jìn)行定量分析。可根據(jù)如下公式進(jìn)行相對(duì)復(fù)介電常數(shù)的計(jì)算：

式中：

其中：ε_c、ε_p分別表示為碳納米管和聚合物的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)，v_d和v_m分別為聚合物與金屬碳納米管在復(fù)合材料中所占的體積百分比，ε₀為真空介電常數(shù)，ε′_p和ε″_p分別為聚合物相對(duì)復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部，ε′_c為金屬碳納米管的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，σ_m為直流電導(dǎo)率，其中，ε′_p、ε″_p、ε′_c和σ_m均為常數(shù)，ω為入射波角頻率。

步驟2)：金屬襯底單層吸波結(jié)構(gòu)材料的反射系數(shù)計(jì)算。