[发明专利]一种基于石墨烯/铁氧体的无源频控材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯/铁氧体的无源频控材料及其制备方法。包括：采用氧化还原工艺制得石墨烯溶液；采用化学共沉淀法制备六角晶系镍锌铁氧体；将石墨烯溶液、γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和有机溶剂混合、超声分散、真空干燥，得到功能化修饰的石墨烯；将功能化修饰的石墨烯、镍锌铁氧体和球磨助剂混合、球磨，得到沉淀物；将沉淀物真空干燥，得到球磨粉体；将球磨粉体、氟橡胶和混炼助剂混合，混炼，得到混炼胶；将混炼胶进行硫化，得到基于石墨烯/铁氧体的无源频控材料。该材料在雷达天线的工作频段透过电磁波，而在需要隐身的频段吸收电磁波，可实现导弹、战机的导引头或通讯窗口的隐身，具有重要的军事价值和战略意义。

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯/铁氧体的无源频控材料及其制备方法。

背景技术

导弹、战机等武器系统为了满足精确追踪与打击，一般装有主动式雷达天线。但从隐身技术角度而言，由于电磁波的镜面反射或腔体效应，雷达天线往往是造成较大RCS(雷达散射截面)的主要贡献者。一个典型的战术导弹在其鼻锥区域的末制导雷达天线的RCS高达10dBsm，对于脉冲多普勒雷达常用的平板裂缝天线阵，其RCS可高达30dBsm以上。如果不采取措施，将很难达到整个导弹或战机的隐身技术指标。但是对于天线隐身，一方面要考虑对敌方探测雷达电磁波的吸收，另一方面还要考虑自身雷达电磁波的透过。因此，雷达天线隐身成为导弹、战机等武器系统隐身的一个技术难点。

传统吸波材料(如炭黑、导电聚合物、氮化硅、超细金属粉、羰基铁粉等)或透波材料(如石英玻璃、石英陶瓷、氮化硼、磷酸铝、高分子橡胶/塑料等)只具备单一的吸波或透波能力，不适合天线隐身的特殊处理。目前经典的天线隐身方法是在天线罩前加装频率选择表面(FSS)，这可以理解为一种人工周期等效介质材料，在天线通带内，天线罩对天线工作无影响，而在天线通带外天线罩能强烈散射入射波，形成极低的后向散射特性。但传统FSS单元一般是激光打印或刻蚀到金属基材表面，随着时间的推移及存放环境的变化，金属基材容易发生氧化、锈蚀、变形等现象；在温度较高的环境(温度大于300℃)，FSS单元还会出现起翘、开裂、剥离的现象。这些变化对于电磁波带通或带阻性能影响较大，反映到制导天线的辐射方向图上就是信号畸变，对天线正常工作的影响是致命的。

目前对石墨烯、铁氧体及其复合材料的电磁特性研究主要还是集中在吸波材料基础研究领域，研究内容主要涉及材料的制备、结构及性能表征，如：南京航空航天大学采用较为简便的溶剂热法将磁性Fe₃O₄键合在石墨烯表面，Fe₃O₄的引入不仅改善了复合吸收剂的阻抗匹配，还增加了磁损耗能力，使得电磁波吸收能力大幅提高；北京理工大学采用一步水热法合成NiFe₂O₄纳米棒—石墨烯复合材料，该材料比NiFe₂O₄纳米颗粒—石墨烯复合材料具有更优异的微波吸收性能，当厚度为2mm时，该材料有效吸收频宽(反射率-10dB)达到4.4GHz(13.6～18GHz)。而目前对吸波/透波一体的无源频控材料的研究很少，没有见到相关的文章和报道。

本发明通过对功能化石墨烯的修饰、石墨烯同铁氧体的复合及电磁参数的调控，制备出了一种新型的无源频控材料，使其在雷达天线的工作频段透过电磁波，而在需要隐身的频段吸收电磁波，从而可实现导弹、战机的导引头或通讯窗口的隐身，具有重要的军事价值和战略意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对雷达天线隐身方法存在的上述问题，本发明提供了一种基于石墨烯/铁氧体的新型无源频控材料及其制备方法，实现在天线工作频段透过电磁波，而在雷达威胁频段吸收电磁波，具备应用简单，环境适应性强的优点，以满足导弹、飞行器等武器装备系统的天线隐身需求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：