[发明专利]碳基吸波涂料、其制备方法和蜂窝夹层结构复合吸波材料

说明书

本发明公开了一种碳基吸波涂料、其制备方法和蜂窝夹层结构复合吸波材料，该制备方法包括如下步骤：S1、将碳纳米管依次经氧化、还原，得到还原氧化碳纳米管；S2、将氧化石墨烯加至碳黑分散液中混合均匀，再加入还原剂，反应后得到碳黑/还原氧化石墨烯复合吸收剂；S3、将所述还原氧化碳纳米管和所述碳黑/还原氧化石墨烯复合吸收剂加入水性高分子树脂中，得到吸波涂料。本发明制得的轻质三层蜂窝夹层结构复合吸波材料高度在20mm以下，与现有技术中的蜂窝结构吸波材料相比具有明显的高度优势，并且在2～18GHz的雷达频率范围内可基本实现全频带吸收(‑10dB以下)。

技术领域

本发明涉及吸波材料，具体地，涉及一种碳基吸波涂料、其制备方法和蜂窝夹层结构复合吸波材料。

背景技术

吸波涂料又称微波吸收涂料或雷达波吸收涂料，是用浸渍层形式覆盖在目标上实现雷达隐身的一种功能材料。能将入射的雷达波能量转换成热能而耗散或通过谐振效应使之消除或减弱，达到有效吸收和衰减的目的。

当前的吸波涂层吸收频宽较小，无法完全满足现今战场环境复杂的电磁环境；涂层在使用中质量重、厚度大，阻碍了在武器装备及其特殊构件位置的使用。另外，传统的吸波涂层不具备承载能力，功能较为单一，不能够同时满足具有雷达吸波性能和良好力学性能的设计要求。而结构型雷达吸波材料兼具吸波与承载于一体的优点，使其成为未来吸波材料研究和发展的主要方向之一。蜂窝结构吸波材料作为典型的结构吸波材料，由于其质轻、比刚度高且有较大吸波频宽，成为当前结构吸波材料的研究热点。

国外研究者对蜂窝结构吸波材料的研究较早，在其设计和应用等方面有着长足进展，但最新研究成果由于技术封锁处于不公开状态。国内研究机构对蜂窝结构吸波材料做了大量的试验，通过各种电磁性能匹配和结构设计，能够实现提高吸波性能的目的。并且，北京航空航天研究所、西北工业大学、哈尔滨工业大学等所采用蜂窝结构在平板试验件上已经得到了宽频上的RCS减缩效果。在蜂窝吸波结构多层板方面，还研发了一些电磁性能仿真软件，通过仿真实验得到了优化参数，并对其电性能和力学性能进行了一些试验研究。已有研究成果应用于军事装备上。

目前，大多数蜂窝结构吸波材料能够实现宽频吸波的最佳匹配高度主要集中在20mm以上，很少有在高度20mm以下实现电磁波大频宽吸收的情况，高度越高意味着质量越重，这违背了吸波材料轻量化的发展趋势。此外，为了提高各类军事武器装备的环境适应性，其表面对于结构吸波一体化的要求越来越高。因此，为了适应电磁隐身技术的发展趋势，研究20mm以下能够实现宽频吸收电磁波(吸收率超过90％)的蜂窝结构复合材料显得尤其重要。

发明内容

为了能够实现轻量化的同时20mm以下宽频吸收电磁波的目的，本发明提供了一种碳基吸波涂料、其制备方法和蜂窝夹层结构复合吸波材料，该吸波涂料在制备过程中，通过对碳纳米管进行氧化和环氧改性，同时利用原位生长法制备碳黑/石墨烯复合吸收剂，并结合高分子材料最终获得复合胶液，极大地降低了涂层的重量的同时，使得吸波材料明显的高度优势。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种碳基吸波涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将碳纳米管依次经氧化、还原，得到还原氧化碳纳米管；

S2、将氧化石墨烯加至碳黑分散液中混合均匀，再加入还原剂，反应后得到碳黑/还原氧化石墨烯复合吸收剂；

S3、将所述还原氧化碳纳米管和所述碳黑/还原氧化石墨烯复合吸收剂加入水性高分子树脂中，得到吸波涂料。

碳纳米管(CNTs)由于其特殊的分子结构而具有优越的物理和化学性质。其分子结构的螺旋性质使得碳纳米管吸收材料的吸波性能远远高于其它介电型微波吸收材料。本发明采用氧化反应将碳纳米管壁破裂形成絮状物，以增加吸波通道，并采用还原反应去除多余杂质，有利于提高材料的微波吸收性能。