一种电磁波谐振控制材料和吸波材料的制作方法

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种对雷达波具有宽频带吸波效果的电磁波谐振控制材料和吸波材料。
背景技术：
：随着雷达远程电子探测技术的发展和其他探测技术及产品的广泛应用，为应对电磁辐射、电磁散射和电磁兼容的问题，采用结构型吸波材料或涂覆型吸波材料，为解决相关设施的吸波问题产生了一定的效果。常规吸波材料在厚度、密度、吸收率、吸波频带带宽等方面会相互制约，如在实现较宽的频带吸收的特性同时，则需要增加材料的厚度；而要实现材料的轻薄要求，则只在一定的频带范围内具有吸波能力，而失去了在其他波段的吸波能力，尤其面对多波段探测技术，单一功能吸波材料的使用将受到限制。在实际工程应用中，要全面实现对雷达吸波的“薄”、“轻”、“宽”、“强”的要求。专利cn201410213142.6提出了“一种多层结构雷达吸波布及其制备方法”，该方法采用磁性金属合金微粉作为吸波材料，通过在帆布表面涂覆10～50μm聚氨酯粘结剂，待干燥固化后，在聚氨酯粘结表面再涂覆吸波材料，如此往复三次，最终形成了由三层厚度分别为0.6～1.2mm、0.6～1.0mm、0.4～0.8mm的吸波材料和四层聚氨酯粘结剂的多层结构吸波布，有效控制了吸波材料的厚度，且制作方法简单，所制备的材料具有一定的柔性，较好解决了车辆、帐篷等装备的隐身。但采用该方法所实现的多层结构的雷达吸波，其吸波性能仅局限于8ghz～16ghz范围，而在16ghz～40ghz频带范围则没有吸收效果。专利zl201110052236.6号公开了一种雷达红外兼容隐身材料及其制备方法，该兼容隐身材料主要由雷达吸波结构层与红外隐身功能层复合组成，雷达吸波结构层为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成，但其结构参数的限定范围仅能在6～18ghz高频频段实现较好吸波功能，设计范围较窄；另外，由于其制备工艺中采用了pcb工艺、玻璃钢复合材料和固化成型工艺，使得其制备的材料具有刚性，没有考虑到该种材料在应用中对于所保护的设施应具有柔性选择的需求。专利cn201210275367.5提出的宽频吸波超材料虚拟划分为多个周期排列的基本单元，一个基本单元由沿电磁波传播方向依次层叠的第一子单元、第二子单元以及第三子单元构成；以及专利cn201210217931.8提出的具有周期结构的电磁吸波材料，包括磁性吸波材料网格和介电材料制成的介质块，磁性吸波材料网格上网孔为通孔。采用这些材料及方法制备的吸波材料存在厚度大，加工难度高等不足，成为本领域技术人员需要进一步克服的技术障碍。因此，需要吸波材料在结构和性能的进一步改进，对各类保护对象具有柔性覆盖及可裁剪性，降低材料厚度，降低材料的加工难度，进一步提升吸波材料的性能。技术实现要素：本发明要解决的问题是克服现有技术上的不足，提出了一种通过电磁波谐振控制层和吸波材料组合的方式对连续雷达波段具有吸收效果的复合型柔性吸波材料。一方面，本发明提供一种电磁波谐振控制材料，即电磁波谐振控制层。另一方面，本发明提供一种基于上述电磁波谐振控制层的的吸波材料。本材料整体由6个功能层组成，自外向内分别是：第一电磁波谐振控制层、第一吸波层、第一导流层、第二电磁波谐振控制层、第二吸波层、第二导流层。所述电磁波谐振控制层(第一电磁波谐振控制层和第二电磁波谐振控制层)，包括一基材，设置在基材一表面的一组或多组金属线条阵列，各组金属线条阵列之间具有轴向夹角，每组金属线条阵列中包含对称设置的两个金属线条阵列，每一个金属线条阵列的金属线条非等长，金属线条头部或尾部连线与对称轴成大于0°小于90°的夹角。所述金属线条通过粘胶粘附于基材表面，整个电磁波谐振控制层包括聚酰亚胺基材、铜箔线条、粘胶、保护膜胶和保护膜，铜箔线条下表面通过粘胶粘附于基材表面，保护膜通过保护膜胶粘附于铜箔线条上表面。本发明的电磁波谐振控制层的厚度为0.05～0.11mm，其中，聚酰亚胺基材厚度为0.0127mm～0.0508mm，介电常数ε为2.5～3.1之间，损耗正切tanδ为0.3～0.5之间；铜箔线条厚度为0.0125mm～0.018mm；粘胶厚度为0.0127mm～0.0254mm；保护膜胶和保护膜厚度为0.010mm～0.015mm。对于同组的金属线条，其宽度为0.15～1.0mm，同组的两个金属线条阵列中，每一个金属线条阵列包括14条金属线条，其线条长度从0.1875cm或从0.75cm开始，基于最短线条长度，其余线条分别在前一线条的基础上延长0.0625或0.25cm，例如，基于0.75cm开始，每一线条长度增加0.25cm,该组最后一条线条的长度为4.00cm。由此组成了左右各14条线条排列的阵列。一个金属线条阵列中各金属线条的头部或尾部两线与对称轴形成45°夹角，与另一个金属线条阵列中的金属线条相对称。各金属线条阵列的表面积之和与该图形所占相应面积的比例为1.7％～11.2％之间。所述金属线条也可通过化学蚀刻方法蚀刻于基材表面。所述金属线条的设置密度为：在1.5m幅宽的基材表面设置10～48组金属线条阵列。各组金属线条之间互不接触但相互嵌套。相对侧金属线条最近的间距不小于最短金属线条长度。本发明的电磁波谐振控制材料采用以聚酰亚胺为基材的fpc(flexibleprintedcircuit)材料，以非等长条形组合，可以形成电磁波的谐振控制层，使fpc中的异形金属结构形成对电磁波的扰动和局域控制能力，利用电磁波在本吸波材料之间的多次反复的折射、衍射和透射，形成损耗，延长了吸波材料对电磁波的作用时间，增强了吸波材料对电磁波的损耗作用。通过对金属线条的非等长设定，可以根据电磁波的波长来设定合适的线条长度，具备非常优异的宽频吸波功能，吸波频段可以分别覆盖27～40ghz波段、18～27ghz波段；12～18ghz波段、8～12ghz波段和3.95～8ghz波段。同时厚度薄，加工工艺简单，材料稳定好，对批量制作宽频段结构型柔性吸波材料具有积极意义。所述第一吸波层，是夹制在第一谐振控制层和第一导流层之间，以低密度聚乙烯为承载体，以非铁磁性为主的吸波材料构成的吸波层；其中，吸波材料包括球状纳米碳化硅、碳化硅纳米线、一定长颈比对杆状碳化硅，碳化硅微粉、碳纤维中的一种或几种以及一定比例的超细镍粉；其活性剂为甘油、乙二醇、聚乙二醇、单甘脂中的一种或几种。所述第二吸波层，是夹制在第二谐振控制层和第二导流层之间，以tpu介质板为承载体，以电阻型浆料喷涂方式构成的吸波层；其中，吸波材料包括银纳米线、纳米银粉、纳米铜粉中的一种或几种以及一定比例的水性导电涂布液、去离子水辅料。所述第一导流层，是与第一谐振控制层线条阵列总体外形相符合的由单面fpc材料构成的框式结构；所述第二导流层，是与第二谐振控制层线条阵列总体外形相符合的由单面fpc材料构成的框式结构；所述第一导流层和第二导流层用于加强在谐振层、吸波层和导流层之间的信号反射，使fpc中的异形金属结构形成对电磁波的扰动和局域控制能力，延长了吸波材料对电磁波的作用时间，增强了吸波材料对电磁波的损耗作用，达到较强的吸收效果。第一导流层和第二导流层，在与电磁波谐振控制层和吸波层组合的整体材料中，其框式结构的位置，分别与第一电磁波谐振控制层和第二电磁波谐振控制层的线条外沿相对应。附图说明图1是本发明的电磁波谐振控制材料的结构示意图。图2是本发明的一组金属线条阵列的示意图。图3是本发明的第一电磁波谐振控制层多组金属线条阵列的排列方式示意图。图4是本发明的第二电磁波谐振控制层多组金属线条阵列的排列方式示意图。图5是本发明的吸波材料的结构示意图。图6是本发明的第一导流层的结构示意图。图7是本发明的第二导流层的结构示意图。具体实施方式本发明的电磁波谐振控制材料，如图1所示，包括基材1和分布在基材表面的金属线条阵列2。基材采用fpc材料，该材料所具有的优良的挠曲性，具有自由弯曲、卷绕、扭转和折叠的性能，从而保障了整体材料的柔性。整个电磁波谐振控制材料包括聚酰亚胺基材、铜箔、粘胶、保护膜胶和保护膜组成，该谐振控制层的整体厚度为0.05～0.11mm。其中：聚酰亚胺基材厚度为0.0127mm～0.0508mm；铜箔厚度为0.0125mm～0.018mm；粘胶厚度为0.0127mm～0.0254mm；保护膜胶和保护膜厚度为0.010mm～0.015mm。介电常数ε为2.5～3.1之间，损耗正切tanδ为0.3～0.5之间。金属线条阵列，如铜箔线条阵列可以通过化学蚀刻方法蚀刻在聚酰亚胺基材上的铜箔(b面)，形成非等长的线条阵列组合方式组成。铜箔阵列在基材表面的基础设定方式为：铜箔线宽为0.15～1.0mm，线条间距为0.2～1.5mm，阵列中线条的长度分别由0.75cm、1.0cm,……直至7.5cm长度的28条线条组成，(第一电磁波谐振控制层有14条，第二电磁波谐振控制层有14条)，阵列中的线条边长自0.75cm开始，其余线条分别在前一线条的基础上延长0.25cm。线条阵列中各个线条的头部或尾部采用45°对齐方式。阵列中线条的长度也可分别由0.1875cm、0.25cm,……直至1.875cm长度的28条线条组成(第一电磁波谐振控制层有14条，第二电磁波谐振控制层有14条)，阵列中的线条边长自0.1875cm开始，其余线条分别在前一线条的基础上延长0.0625cm。线条的头部或尾部采用45°对齐方式。线条阵列与相邻的一个线条阵列横向间距为0.1875cm。阵列中最短线条的长度，也可在0.1875cm～0.75cm之间选取；阵列中最长线条的长度，也可在3.75cm～7.5cm之间选取；相应地，线条阵列与相邻的一个线条阵列横向间距为0.1875cm～0.75cm之间选取。铜箔阵列的数量设定方式为：在1.5m幅宽的fpc材料范围内，横向可由10～48组线条阵列以相互嵌套的方式组成线阵对，纵向随fpc材料的长度的延长而增加线条阵列的数量。线条部分的面积总和与该图形所占相应面积的比例为1.7％～11.2％。由此保证了谐振过程中的透波条件。每个线条阵列的设定与布局，以使对电磁波产生“遮挡”作用的线条本身的长度和由本线条尾部与下一线条头部之间所形成的“缝隙”的长度，或者由阵列之间的线条的间距所形成的“缝隙”的宽度，其间距为0.185cm～7.5cm之间，以此能够对相应的波长，使电磁波产生谐振作用，形成对电磁波的损耗。实施例1本发明的一种电磁波谐振控制材料，采用fpc单面挠性板材料，介电常数ε为2.5，损耗正切tanδ为0.3。通过化学蚀刻方法蚀刻在聚酰亚胺基材上的铜箔，形成非等长的线条阵列组合方式。如图2所示，一组金属线条阵列含有两个金属线条阵列，每个金属线条阵列由14条线条组成。铜箔线宽为0.5mm，线间距为1.0mm，在1.5米宽度范围内，依次排列的各组线条阵列对，其布局基础角度(轴线夹角差)设定为5°，即第一组线条阵列对为0°，第二组线条阵列对为5°，第三组阵列对为10°，以此类推，从而在该方向上形成周期性排列。其线条长度为0.75cm、1cm、1.25cm、1.5cm、1.75cm、2cm、2.25cm、2.5cm、2.75cm、3cm、3.25cm、3.5cm、3.75cm、4cm；由此组成了14条线条排列的阵列。线条阵列中各个线条的头部采用45°方式对齐。图3为含有多组金属线条阵列的排列示意图，包含19组金属线条阵列。在1.5米宽度范围内，线条状图形所占相应面积的比例为18％。在1.5m幅宽的fpc材料范围内，在横向首先由19个线条阵列对分别组成3组线条阵列群，以此构成基本图形，再以此向横向复制性延展，以形成带轴线夹角差点第一电磁波谐振层，纵向随fpc材料的长度的延长而增加阵列的数量。实施例1的电磁波谐振控制材料的整体厚度为0.07mm。其中：聚酰亚胺基材厚度为0.0127mm；铜箔厚度为0.035mm，铜箔表面镀镍或镀金，ni的厚度为2～5um，au的厚度为0.1～0.2um；粘胶厚度为0.0127mm；保护膜胶和保护膜厚度为0.010mm。表1是本实施例的仿真效果，分为采用谐振结构前、后的对比数据，从结果可以看出，加入了谐振机构后，吸波性能得到了很大提高，在ka、k、ku波段和x波段的宽频效果，反射率超过-15db以下占50％以上。表1波段/频率(ghz)采用前吸收峰值(db)采用后吸收峰值(db)损耗率增加％26.5～40ghz波段40-5.2-9.582.738-6-10.371.636-6.8-13.610034-7.2-15.211132-6.4-12.810030-6.2-10.264.528-5.8-1072.418～26.5ghz波段26-7.5-16.211624-7.7-17.112222-7.3-15.5112.320-6.9-10.653.612.4～18ghz波段18-7.8-14.28216-8.2-15.791.514-8.6-17.198.88.2～12.4ghz波段12-9.2-20.3120.610-9.7-21.2118.58-11.3-2294.7实施例2该吸波材料采用整体厚度为0.07mm的fpc单面挠性板材料做基材，通过化学蚀刻方法蚀刻在聚酰亚胺基材上的铜箔，形成非等长的线条阵列组合方式。铜箔线宽为0.5mm，线间距为1.0mm，铜箔厚度为0.035mm，铜箔表面镀镍或镀金，ni的厚度为2～5um，au的厚度为0.1～0.2um；阵列由14条线条组成，其线条长度为：4.25cm、4.5cm、4.75cm、5cm、5.25cm、5.5cm、5.75cm、6cm、6.25cm、6.5cm、6.75cm、7cm、7.25cm、7.5cm；由此组成了14条线条排列的阵列。线条阵列中各个线条的头部采用45°方式对齐，在1.5米宽度范围内，依次排列的各组线条阵列对，其布局基础角度(轴线夹角差)设定为5°，线条状图形所占相应面积的比例为12％。在1.5m幅宽的fpc材料范围内，在横向首先由19个线条阵列对分别组成3组线条阵列群，如图4所示，以此构成基本图形，再以此向横向复制性延展，以形成带轴线夹角差的第二电磁波谐振层，纵向随fpc材料的长度的延长而增加阵列的数量。表2是本实施例的仿真效果，分为采用谐振结构前、后的对比数据，从结果可以看出，加入了谐振机构后，吸波性能得到了提高，在xc波段和c波段的宽频效果，各波段的反射率在-14db以下。表2实施例3选用fpc单面挠性板材料，介电常数ε为2.5，损耗正切tanδ为0.3。通过化学蚀刻方法蚀刻在聚酰亚胺基材上的铜箔，形成非等长的线条阵列组合方式。铜箔线宽为0.5mm，线间距为0.5mm，阵列由14条线条组成，其线条长度分别为0.1875cm、0.25cm、0.3125cm、0.375cm、0.4375cm、0.5cm、0.5625cm、0.625cm、0.6875cm、0.75cm、0.8125cm、0.875cm、0.9375cm、1cm由此组成了14条线条排列的阵列。线条阵列中各个线条的头部采用30°方式对齐。在1.5米宽度范围内，依次排列的线条阵列对，其布局基础角度设定为3°，即第一组线条阵列对为0°，第二组线条阵列对为3°，第三组阵列对为6°，以此类推。线条状图形所占相应面积的比例为30％。在1.5m幅宽的fpc材料范围内，在横向首先由19个线条阵列对分别组成3组线条阵列群，以此构成基本图形，再以此向横向复制性延展，以形成带轴线夹角差的第一电磁波谐振层，纵向随fpc材料的长度的延长而增加线条阵列的数量。整体厚度为0.05mm。其中，聚酰亚胺基材厚度为0.0127mm；铜箔厚度为0.0125mm；粘胶厚度为0.0127mm；保护膜胶和保护膜厚度为0.010mm。后文表3是本实施例的仿真效果，分为采用谐振结构前、后的对比数据，从结果可以看出，加入了谐振机构后，吸波性能得到了一定的提高，但是，由于谐振线段长度的调整，在ka、k、ku波段和x波段的宽频效果，其反射率与实施例1相比，整体的损耗率有所下降。虽然如此，超过-10db以下的仍占75％以上。实施例4采用整体厚度为0.05mm的fpc单面挠性板材料，通过化学蚀刻方法蚀刻在聚酰亚胺基材上的铜箔，形成非等长的线条阵列组合方式。铜箔线宽为0.5mm，线间距为0.5mm，阵列由14条线条组成，其线条长度分别为：1.0625cm、1.125cm、1.1875cm、1.25cm、1.3125cm、1.375cm、1.4375cm、1.5cm、1.5625cm、1.625cm、1.6875cm、1.75cm、1.8125cm、1.875cm。由此组成了14条线条排列的阵列。线条阵列中各个线条的头部采用30°方式对齐。在1.5米宽度范围内，依次排列的线条阵列对其布局基础角度设定为3°，其线条状图形所占相应面积的比例为20％。在1.5m幅宽的fpc材料范围内，在横向首先由19个线条阵列对分别组成3组线条阵列群，以此构成基本图形，再以此向横向复制性延展，以形成带轴线夹角差的第二电磁波谐振层，纵向随fpc材料的长度的延长而增加线条阵列的数量。表4是本实施例的仿真效果，分为采用谐振结构前、后的对比数据，从结果可以看出，加入了谐振机构后，吸波性能得到了一定提高，在xc波段和c波段的宽频效果，大部分波段的反射率在-12db以下。表3波段/频率(ghz)采用前吸收峰值(db)采用后吸收峰值(db)损耗率增加％26.5～40ghz波段40-5.2-9.378.838-6-9.863.336-6.8-10.655.834-7.2-10.655.832-6.4-10.210030-6.2-9.459.328-5.8-9.156.918～26.5ghz波段26-7.5-11.45224-7.7-13.37222-7.3-11.760.220-6.9-10.75512.4～18ghz波段18-7.8-10.33216-8.2-12.147.614-8.6-12.545.38.2～12.4ghz波段12-9.2-13.546.710-9.7-14.145.48-11.3-1641.6表4波段/频率(ghz)采用前吸收峰值(db)采用后吸收峰值(db)损耗率增加％8.2～5.85ghz波段8-11.3-1641.66-9.6-12.631.35.85～3.95ghz波段6-8.8-11.530.74-9.2-11.929.3实施例5本实施例基于上述电磁波谐振控制材料中的电磁波谐振控制层，提供一种吸波材料，如图5所示，由6个功能层组成，自外向内分别是：第一电磁波谐振控制层10、第一吸波层20、第一导流层30、第二电磁波谐振控制层40、第二吸波层50、第二导流层60。图6是第一导流层的结构示意图。图7是第二导流层的结构示意图。所述第一吸波层，是夹制在第一谐振控制层和第一导流层之间，以低密度聚乙烯为承载体，以非铁磁性为主的吸波材料构成的吸波层；其中，吸波材料包括球状纳米碳化硅、碳化硅纳米线、一定长颈比对杆状碳化硅，碳化硅微粉、碳纤维中的一种或几种以及一定比例的超细镍粉；其活性剂为甘油、乙二醇、聚乙二醇、单甘脂中的一种或几种。所述第二吸波层，是夹制在第二谐振控制层和第二导流层之间，以tpu介质板为承载体，以电阻型浆料喷涂方式构成的吸波层；其中，吸波材料包括银纳米线、纳米银粉、纳米铜粉中的一种或几种以及一定比例的水性导电涂布液、去离子水辅料。所述第一导流层，是与第一谐振控制层线条阵列总体外形相符合的由单面fpc材料构成的框式结构；所述第二导流层，是与第二谐振控制层线条阵列总体外形相符合的由单面fpc材料构成的框式结构；所述第一导流层和第二导流层用于加强在谐振层、吸波层和导流层之间的信号反射，使fpc中的异形金属结构形成对电磁波的扰动和局域控制能力，延长了吸波材料对电磁波的作用时间，增强了吸波材料对电磁波的损耗作用，达到较强的吸收效果。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。当前第1页12