[發明專利]一種柵格化透波設計的電熱薄膜與隱身超材料的復合結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202310169631.5
• 申請日: 2023-02-27
• 公開（公告）號: CN116191052A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 沈一洲;張子豪;王禎;付旭
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00;H01Q15/00;H01Q1/28;H05B3/20;B64D15/12
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務所(普通合伙) 61279
• 代理人: 汪重慶

本發明提供了一種柵格化透波設計的電熱薄膜與隱身超材料的復合結構及其制備方法；包括：柵格結構化電熱層(1)和由階梯結構磁性材料吸波器(21)和金屬接地層(3)構成的吸波隱身層(2)；所述吸波隱身層(2)設置在所述柵格結構化電熱層(1)的下端；所述吸波隱身層(2)的階梯結構磁性材料吸波器(21)連接柵格結構化電熱層(1)；所述超材料吸波器(21)由多個相同磁性材料單元呈周期排列的陣列結構構成。本發明還涉及前述復合結構的制備方法。本發明所涉及的超材料吸波器具有磁損耗、階梯結構的多重共振、階梯邊緣衍射效應等特性，可以實現高效吸收。本發明提出的超材料吸波器結構具備結構厚度小、加工簡易等優點。

技術領域

本發明屬于復合材料技工技術領域；尤其涉及一種柵格化透波設計的電熱薄膜與隱身超材料的復合結構及其制備方法。

背景技術

高空飛行器在起飛、降落或者巡航時，往往需要穿過云層。由于云層之中存在著大量的過冷水滴，在大氣對流的作用下，這些過冷水滴會撞擊在飛機表面的機翼、機身、機頭、發動機等位置，極易凝結成冰，對其氣動特性、操縱性、穩定性和升降特性都有極大的影響，即便是1～2mm厚的冰層也會讓飛機的升力降低約30％，阻力增大約40％。這對飛行安全來說，存在著極大的安全隱患。目前，常用的防/除冰方法是電加熱防除冰，通過對發熱元件通電從而產生的熱量，使飛行器表面溫度升高，最終使得表面冰層融化，該方法導熱效率高且能較好地保護飛行器表面不被破壞。為了進一步發展飛行器表面防除冰技術，電加熱防除冰技術成為表面防除冰研究的熱門課題。

近些年在高空武器領域，一直在向高度電子化和信息化方面發展，使得高空電磁環境復雜。在地面雷達的嚴密探測下，高空飛行器等具備戰略意義的軍事武器設備易被探測，極大地影響了飛行器的生存能力。因此，怎樣避開地面雷達的探測成為軍事裝備設計所面臨的難點。為了確保高空飛行器的生存能力，學術界將目光投向了超材料吸波器的研究。

近年來研究者也期望通過耦合電熱防除冰技術與吸波隱身技術來實現多功能集成。比如：在耦合結構中對電熱薄膜設置微流道，微流道中安裝有一對可導電同時可通有可導電的液態金屬液體的接口，使得薄膜在加熱與透波狀態之間切換，雖然具有使加熱膜同時具有加熱與透波的功能的效果。但該發明有成本極高、操作加工繁瑣等缺點，在工程應用領域受到限制。

綜上所述，為提高高空飛行器的安全系數，亟需開發一種制備簡單、電熱性能與隱身吸波性能優秀的一體化復合結構。

發明內容

本發明的目的是提供了一種柵格化透波設計的電熱薄膜與隱身超材料的復合結構及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種柵格化透波設計的電熱薄膜與隱身超材料的復合結構，包括：柵格結構化電熱層1和由階梯結構磁性材料吸波器21和金屬接地層3構成的吸波隱身層2；

其中，所述吸波隱身層2設置在所述柵格結構化電熱層1的下端；

所述吸波隱身層2的階梯結構磁性材料吸波器21連接柵格結構化電熱層1；

所述超材料吸波器21由多個相同磁性材料單元呈周期排列的陣列結構構成。

優選地，所述柵格結構化電熱層1的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，將極性溶液、樹脂、碳材料按質量比為7:1:0.25～0.4混合，得液態混合物；

步驟2，用磁力攪拌器對所得液態混合物進行充分攪拌，用超聲清洗器進行超聲處理；

步驟3，待液態混合物內的樹脂顆粒充分溶解后，用刮膜器進行處理成薄膜狀，再對濕膜干燥處理得電熱薄膜，即為柵格結構化電熱層的材料；

步驟4，對干燥后的電熱薄膜進行裁剪處理，得到柵格結構化的電熱薄膜，即最終的柵格結構化電熱層。