[发明专利]吸波复合材料及其制备方法、超材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，特别涉及一种吸波复合材料及其制备方法、超材料及其应用。

背景技术

随着科学技术发展的日新月异，以电磁波为媒介的技术、各种产品越来越多，电磁波辐射对环境的影响也日益增大。比如，无线电波可能对机场环境造成干扰，导致飞机航班无法正常起飞;移动电话可能会干扰各种精密电子医疗器械的工作;即使是普通的计算机，也会辐射携带信息的电磁波，它可能在几公里以外被接收和重现，造成国防、政治、经济、科技等方面情报的泄漏。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。

吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料，其在包括军事以及其它方面也有广泛的应用，比如隐形机、隐形衣等。材料吸收电磁波的基本条件是:（1）电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部，即要求材料具有匹配特性；（2）进入材料内部的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即衰减特性。

现有常用的吸波材料有FR-4、F4b、PTFE、聚酞亚胺等，而这些吸波材料在实际应用中存在均存在一定的缺陷，如将其制备超材料时，均会导致超材料不同程度的吸波性能或制备工艺上的缺陷。

而超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料通常包括基板及周期排布在基板上的多个人造微结构，每一人造微结构与其附着的那部分基板可以看作是一个超材料单元。超材料的性质和功能由基板的特性及周期排布在基板上的人造微结构的特性共同决定。

将上述现有吸波材料用于制备超材料时，具体地，使用FR-4、F4b、聚酞亚胺等吸波材料作为基板时，该类吸波材料介电损耗较大，几乎不具有吸波功能，从而影响超材料性能。而使用PTFE为基板时，其成本非常高，导致超材料总成本大幅上升，限制了超材料的规模化应用。最近出现了将聚烯烃一类的热塑性高分子树脂作为吸波材料，这类树脂材料介电损耗低，接近PTFE，价格低，但由于大部分的聚烯烃材料极性较小，表面粘结性较差，需要采用电镀的方式对聚烯烃材料的基板表面进行覆铜，但电镀方式的成本高，废水废液多，具有较高的污染，而其与铜的结合力较差，无法满足加工要求。

另外，如上述的现有吸波材料密度大，质量重，从而严重限制了其应用领域，如无法满足要求“轻质”的特殊场合的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种轻质、同时具有优异吸波性能的吸波复合材料及其制备方法。

本发明的另一目的是提供一种具有高阻抗的具有优异吸波性能的超材料及其应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种吸波复合材料，包括如下体积百分比组分：

其中，所述硅气凝胶中还分散有纳米铁，所述纳米铁与硅气凝胶的体积比大于0，小于或等于33%，所述分散剂以热固型树脂存在为前提。

以及，一种所述吸波复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将正硅酸乙酯、水、乙醇按照摩尔比为1:3.5:(4～20)的比例混合后在酸性环境中反应，制备二氧化硅溶胶；

向所述二氧化硅溶胶中分散纳米铁源化合物后依次经老化、溶剂置换和干燥处理，得到分散有纳米铁的硅气凝胶；其中，所述纳米铁与硅气凝胶的体积比大于0，小于或等于33%。

以及，一种超材料，包括介质基板和附在所述介质基板上的有助于吸波的导电微结构，其中，所述介质基板含有至少一吸波复合材料层，所述吸波复合材料层为上述的吸波复合材料。

以及，上述的超材料在吸波领域中的应用。

上述吸波复合材料以硅气凝胶为载体，有效降低了超材料的密度，降低了其重量。该硅气凝胶载体中弥散的纳米铁作为吸波体，有效赋予该吸波复合材料优异的吸波性能。通过对纳米铁与硅气凝胶两者体积的控制，使得该吸波复合材料具有高电阻特性。因此，该硅气凝胶与纳米铁协同作用，使得上述吸波复合材料密度小，重量轻，电阻高，吸波性能优异。当该吸波复合材料含有纤维、热固型树脂时，有效赋予了该吸波复合材料优异的力学性能和耐热性能，同时提供其电阻。

上述吸波复合材料的制备方法通过将纳米铁源分散于二氧化硅溶胶中，使得吸波复合材料中的纳米铁分散均匀，且能与硅气凝胶载体结合牢固。另外其制备方法工艺条件易控，对设备要求低，由该方法制备的吸波复合材料良品率高，成本低，且密度小，电阻高。