一种吸波材料和制备方法与流程

1.本发明涉及材料领域，尤其涉及一种用于吸收电磁波的材料。


背景技术：

2.吸波材料能够将投射到它表面的电磁波大部分吸收并转化成其他形式的能量。吸波材料通常由吸波剂与基体材料构成，吸波剂是用于吸收电磁波的物质，常用的吸波剂有铁氧体、羰基铁、导电炭黑、石墨等，基体材料是吸波剂的载体，用于承载和/或分散吸波剂，并且本身具有一定的强度，常用的基体材料有软质聚氨酯泡沫塑料、硬质聚苯乙烯泡沫塑料等。基体材料的选择决定了吸波材料的制备工艺、结构形式、承载能力和耐温、耐候等物理性能。
3.相关技术中，按成型工艺和承载方式可以将吸波材料分为两大类：涂层型吸波材料和结构型吸波材料。涂层型吸波材料由吸波剂和粘结剂组成，吸波剂的电磁参数、涂层的厚度以及粘结剂的透波性对吸波材料的吸波性能影响显著。结构型吸波材料具有承载和吸波的双重功能，由于吸波体的结构设计能够增加电磁波的损耗路径，因此结构型吸波材料一般具有更好的吸波性能。


技术实现要素：

4.本公开描述了一种吸波材料和制备该吸波材料的方法。
5.根据本公开的实施例的第一方面，提供一种吸波材料，包括基体和吸波体，其中：基体是介电常数小于4的泡沫材料，基体用于为吸波体提供支撑，基体具有限定了外部轮廓的外表面和限定了中空区域的内表面；吸波体附着于内表面，吸波体用于吸收电磁波。
6.根据吸波材料的一个实施例，泡沫材料为：泡沫玻璃，泡沫混凝土；泡沫塑料中的至少一种。
7.根据吸波材料的一个实施例，吸波体是涂覆于内表面的吸波涂层，或者，吸波体是固定连接于内表面的吸波薄层。
8.根据吸波材料的一个实施例，外部轮廓是平板形。
9.根据吸波材料的一个实施例，中空区域具有横截面较小的第一端和横截面较大的第二端，第一端到第二端形成渐变形状。
10.根据吸波材料的一个实施例，中空区域的形状是锥形或尖劈形。
11.根据吸波材料的一个实施例，第一端和第二端的至少之一贯穿外表面。
12.根据吸波材料的一个实施例，外表面靠近第一端的部分为波浪形或折线形。
13.根据本公开的实施例的第二方面，提供一种制备吸波材料的方法，包括：
14.步骤s1，通过以下任一方法制备具有中空区域的基体：使用介电常数小于4的泡沫材料进行切削加工，以得到具有中空区域的基体，基体具有限定了外部轮廓的外表面和限定了中空区域的内表面，其中，至少内表面由切削加工得到；或者，
15.使用泡沫材料的发泡原料在模具中进行发泡，以得到具有中空区域的基体，基体
具有限定了外部轮廓的外表面和限定了中空区域的内表面，发泡后的泡沫材料的介电常数小于4；
16.步骤s2，通过以下任一方法制备吸波体：在内表面涂覆含有吸波剂的涂层以得到吸波体；或者，在内表面粘接或通过固件连接含有吸波剂的吸波薄层以得到吸波体。
17.根据制备方法的一个实施例，泡沫材料为：泡沫玻璃，泡沫混凝土；泡沫塑料中的至少一种。
附图说明
18.图1示意了相关技术中的一种吸波材料的立体图。
19.图2示意了相关技术中的一种吸波材料的立体图。
20.图3示意了图2所示的吸波材料的正视图。
21.图4示意了本公开根据一个实施例示出的吸波材料的立体图。
22.图5示意了图4所示的吸波材料的正视图。
23.图6示意了图4所示的吸波材料的俯视图。
24.图7示意了图4所示的吸波材料的仰视图。
25.图8示意了本公开根据一个实施例示出的吸波材料的立体图。
26.图9示意了图8所示的吸波材料的正视图。
27.图10示意了图9的a-a剖视图。
28.图11示意了本公开根据一个实施例示出的吸波材料的剖视图。
29.图12示意了本公开根据一个实施例示出的吸波材料的正视图。
30.图13示意了本公开根据一个实施例示出的吸波材料的正视图。
31.图14示意了本公开根据一个实施例示出的吸波材料的正视图。
32.图15示意了本公开根据一个实施例示出的制备方法的流程图。
具体实施方式
33.以下参照附图描述本公开的实施例。应当理解，附图不是必须为等比例的。描述的实施例是示例性的，而非旨在限制本公开，可以以相同方式或类似方式与实施例的特征组合或替代这些特征。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
34.在吸波材料的相关技术中，泡沫材料的应用越来越多。泡沫材料(foamed material)，又叫发泡材料，它通过发泡剂的发泡作用使材料内部具有大量气泡。典型的泡沫材料如聚氨酯(pu)泡沫、聚苯乙烯(ps)泡沫、聚丙烯(pp)泡沫、聚氯乙烯(pvc)泡沫、酚醛泡沫、环氧化物树脂泡沫等热塑性和热固性泡沫塑料；丁腈橡胶泡沫、热塑性弹性体泡沫；发泡淀粉、发泡植物纤维等天然高分子发泡材料；泡沫玻璃、泡沫混凝土等新型无机发泡材料。泡沫玻璃(foam glass)是以碎玻璃为原料，经高温发泡成型的多孔无机非金属材料，具有无毒环保、不燃烧、耐老化、防水等众多优点，常用作室内外的不燃性隔热材料。泡沫混凝土(cellular concrete)是将水、水泥、发泡剂在搅拌中混入气泡，浇筑入模后膨胀制成。由于内部形成大量封闭的泡沫孔，使其具有优良的保温隔热性、隔音和耐久性，常用作建筑物
墙体及屋面材料，并且因其为无机材料，不会燃烧，具有良好的耐火性。
35.基体材料是吸波材料的重要组成部分，泡沫材料用作吸波材料的基体材料，具有轻质、稳定、环保等优点，无机泡沫材料更是因其不燃烧的特性，具有不可比拟的优势。但是，部分泡沫材料在力学性能方面有所欠缺，由于其弹性较差，性脆易碎的物理特性，在用作吸波材料的基体材料时存在一些局限。图1-2示意了相关技术中两种结构型吸波材料，周期型的锥体是结构型吸波材料的一种常见结构，当电磁波从自由空间入射到吸波体时，锥体结构能够较好的实现吸波材料对电磁波的阻抗匹配。但是一方面这种锥体结构对于易碎的基材而言加工困难，不易获得良好的表面平整度，尖端部分在加工过程中容易破损，另一方面这种结构的吸波材料在使用过程中，锥体的尖端和边缘部分容易破损，并且由于脆性材料具有较差的抗压强度和弯曲强度，锥体可能断裂，难以长期保持形状。锥体的越细长，前述问题越突出。
36.基于以上发现，为了在一定程度上克服前述技术问题，本公开提供了一种吸波材料和其制备方法。
37.参照图4-10，本公开第一方面实施例提供了一种吸波材料，其中，图4-7示意了与图2-3的结构类似的、具有3
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3个圆锥体的吸波材料。为了更清楚地展示本实施例中各部分结构，图8-10中仅展示了1个锥体。可以理解，本实施例对锥体的数量不作具体限定。如图4-10所示，本实施例的吸波材料包括基体100和吸波体200，其中：
38.基体100是介电常数小于4的泡沫材料，基体100用于为吸波体200提供支撑，基体100具有限定了外部轮廓的外表面和限定了中空区域300的内表面，本实施例中，基体100由外表面限定的外部轮廓的形状为长方体，由内表面限定的中空区域300的形状为圆锥体；
39.吸波体200附着于基体100的内表面，用于吸收电磁波，可以理解，吸波体200的形状与基体的中空区域300相同，也为圆锥体。
40.下面参照附图对本实施例的吸波材料进一步解释。
41.图2-3所示是相关技术中的一种吸波材料，基体100为周期性的圆锥体结构，吸波体200附着于基体100的外表面，用于吸收电磁波，吸波体200例如可以是涂覆于基体100的外表面的吸波涂层。可以理解，基体100用于为吸波体200提供物理支撑。
42.图4-7所示是本公开的吸波材料的一种示例，基体100具有周期性的圆锥形中空区域300，吸波体200附着于限定了中空区域300的基体100的内表面，吸波体200例如是涂覆于基体100的内表面的吸波涂层，或者，吸波体200是固定连接于基体100的内表面的吸波薄层。可以理解，基体100用于为吸波体200提供物理支撑。
43.图2-3所示的相关技术中的吸波材料与图4-7所示的本实施中的吸波材料，两者的吸波体200的形状结构是相同的，都为空心的圆锥体结构，因此，两者对电磁波的吸收效果也是等同的。有所不同的是，参照图3，相关技术中的吸波材料相对于电磁波的来波方向r而言，基体100位于吸波体200的后方，即电磁波先到达吸波体200，透射进入吸波体200之后再到达基体100，也就是说，基体100是从吸波体200的后方(相对于电磁波的来波方向r而言)为其提供物理支撑；与之相对的，参照图5，本实施中的吸波材料相对于电磁波的来波方向r而言，基体100位于吸波体200的前方，即电磁波先到达基体100，透射进入基体100之后再到达吸波体200，也就是说，基体100是从吸波体200的前方(相对于电磁波的来波方向r而言)为其提供物理支撑。
44.由于上述原因，本实施例的吸波材料对基体的透波性具有一定的要求。泡沫材料通常具有较低的介电常数，本公开将基体的介电常数限定为小于4，以在一定程度上保证电磁波的透过率。可选地，为了保证更好的吸收效果，可以进一步选用介电常数更低的泡沫材料，例如介电常数小于2。当介电常数接近1时，能够提供与自由空间极佳的阻抗匹配。
45.本公开的吸波材料克服了某些泡沫材料的作为基材的力学缺陷。一方面，相对于图1-3所示的向外成型的结构，图4-10所示的向内成型的结构更具有加工可行性；另一方面，后者相较于前者而言具有更好的结构耐久性，使用过程中不易损坏；此外，吸波体藏于基体的内部，相较于相关技术中吸波体直接暴露在外部的吸波材料而言，更具美观性。
46.泡沫材料作为吸波材料的基体具有众多优点，例如成本低廉；透波性能好；吸水率低；无毒环保；物理化学性能稳定。不同类型的泡沫材料具有各自的优势，可以用于不同的场景。可选地，泡沫材料为：泡沫玻璃，泡沫混凝土；泡沫塑料中的至少一种。其中，泡沫玻璃和泡沫混凝土为无机材料，不会燃烧，其阻燃等级高达a级，具有良好的耐火性。
47.可选地，吸波体是涂覆于基体的内表面的吸波涂层。相关技术中，涂覆可以理解为涂布，喷涂，浸渍等表面处理方式。或者，吸波体是固定连接于基体的内表面的吸波薄层，例如通过粘接或使用固件连接，将柔性的吸波薄层固定连接于基体的内表面。
48.可选地，如图4-10所示，基体的外部轮廓是平板形，便于加工、储存与运输，也便于安装。或者，至少部分的外部轮廓是适于与吸波材料的安装面相配合的其他形状，参照图12，基体100的下表面101为弧形表面，适于与弧形的安装面相配合。
49.可选地，基体的中空区域具有横截面较小的第一端和横截面较大的第二端，第一端到第二端形成渐变形状。在吸波材料工作时，较小的一端面对电磁波来波方向，较大的一端远离电磁波来波方向，能够使吸波体在沿着电磁波入射的方向具有渐变的结构，渐变结构形成的阻抗渐变使得吸波体的表面输入阻抗与自由空间的波阻抗匹配起来，使电磁波能最大限度进入吸波体内部被吸收。具体的，中空区域的形状(即吸波体的形状)可以是锥形(棱锥或圆锥)或尖劈形，例如，参照图4-10，在一些实施例中，中空区域300的形状(即吸波体200的形状)是锥形，锥的顶端即中空区域300的横截面较小的第一端，锥的底端即横截面较大的第二端。
50.可选地，基体的中空区域的第一端和第二端的至少之一贯穿基体的外表面，即，中空区域的第一端或第二端或两者与外部空间连通。作为一种示例，参照图10，中空区域300横截面较小的第一端在基体100的内部封闭，而横截面较大的第二端贯穿基体100的外表面，作为另一种示例，参照图11，中空区域300的第一端和第二端均贯穿基体100的外表面。这样的结构在一些加工操作中提供了方便，例如使用切削加工时，贯穿的中空区域有利于加工废料的倒出。
51.可选地，基体的外表面靠近第一端的部分为波浪形或折线形。参照图13，基体100的外表面靠近第一端(即锥形的顶端)的部分102为波浪形，参照图14，基体100的外表面靠近第一端(即锥形的顶端)的部分102为折线形。外表面的这部分面对电磁波的来波方向，如果其表面为平面，可能对产生较强的电磁波反射，尤其是对于高频电磁波而言。而波浪形或折线形的表面结构能够减少这类反射。需要说明的是，为了避免上表面的力学性能变劣，波浪形或折线形的形状应该尽量趋于平缓，避免产生比较尖锐的棱角。
52.本公开的另一方面实施例提供了一种制备以上吸波材料的方法，参照图15，本实
施例的方法包括如下步骤：
53.步骤s1，通过以下任一方法制备具有中空区域的基体：
54.使用介电常数小于4的泡沫材料进行切削加工(例如钻孔)，以得到具有中空区域的基体，基体具有限定外部轮廓的外表面和限定中空区域的内表面，其中，至少内表面由切削加工得到；或者，
55.使用泡沫材料的发泡原料在模具中进行发泡，以得到具有中空区域的基体，基体具有限定外部轮廓的外表面和限定中空区域的内表面，发泡后的泡沫材料的介电常数小于4；可选地，泡沫材料为：泡沫玻璃，泡沫混凝土；泡沫塑料中的至少一种。
56.步骤s2，通过以下任一方法制备吸波体：
57.在基体的内表面涂覆含有吸波剂的涂层以得到吸波体；或者，
58.在基体的内表面粘接或通过固件连接含有吸波剂的吸波薄层以得到吸波体。
59.具体的，作为步骤s2中涂敷操作的一种示例，包括如下步骤：
60.步骤s21，将导电碳浆和稀释剂以一定比例混合，充分搅拌均匀，得到碳浆涂料；
61.步骤s22，将步骤s21中的碳浆涂料均匀涂敷至基体的内表面；
62.步骤s23，将步骤s22中涂敷后的吸波材料置入烘箱中高温烘干，烘干完毕后得到形成于基体的内表面的吸波体涂层。
63.需要说明的是，本公开中的图均为简化的示意图，仅用于示意性地说明实施例中各部分之间的位置关系与连接关系。
64.以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。在本公开中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
65.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
66.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。