專利名稱：三層復(fù)合吸波薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種三層復(fù)合吸波薄膜及制備方法，屬于電磁吸收及防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線通訊設(shè)備的普遍使用及電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展在給人們帶來極大便利的同時(shí)也引起了越來越嚴(yán)重的電磁污染，導(dǎo)致高頻電磁吸波材料引起了人們的廣泛關(guān)注。此外，應(yīng)對于雷達(dá)及紅外探測技術(shù)的隱身技術(shù)是軍事作戰(zhàn)的重要支撐之一。從目前的研究結(jié)果來看，設(shè)計(jì)薄膜材料在高頻具有非常優(yōu)異的電磁波吸收效果，其電磁波吸收機(jī)制是自然共振。而為了實(shí)現(xiàn)在較寬頻率范圍內(nèi)對微波的吸收，從理論上講有兩種思路，一是采用單層吸收體，增大磁矩共振的阻尼因子展寬自然共振的吸收頻率。但是從技術(shù)上講，單純控制阻尼因子是困難的，而且過大的阻尼也會(huì)降低吸收層的吸收效果。另一種比較可行的方法是采用多層膜的思路，使電磁波在薄膜內(nèi)部多次反射多次吸收，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)效吸收電磁波的目的。從目前對多層膜的研究結(jié)果來看，實(shí)現(xiàn)薄膜的主要方式是鍍膜(化學(xué)鍍、電鍍)及磁控濺射，這兩種方式獲得的薄膜多為非柔性，且設(shè)備復(fù)雜，成本昂貴，難以規(guī)?；?。另外一種方法就是將具有電磁損耗的材料分散到高分子材料中，選擇合適的有機(jī)載體及制備相應(yīng)的復(fù)合材料成為制備復(fù)合吸波薄膜需要解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種三層復(fù)合吸波薄膜及制備方法，其目的是提供了一種性能優(yōu)異的三層復(fù)合吸波層，并使該吸波結(jié)構(gòu)在原有吸波效果的基礎(chǔ)上具有薄膜的特性，在電磁屏蔽和雷達(dá)波吸收技術(shù)中得到應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于該種三層復(fù)合吸波薄膜是由介電材料和有機(jī)載體組成阻抗匹配層、由磁性顆粒和有機(jī)載體組成的吸收層和由導(dǎo)電性較好的碳材料及有機(jī)載體組成的反射層構(gòu)成，阻抗匹配層的厚度為0. 1 0. 3mm, 吸收層的厚度為0. 2 0. 4mm,反射層的厚度為0. 1 0. 3mm。阻抗匹配層中作為吸收劑的碳材料優(yōu)選鈦酸鋇、碳化硅、碳納米管或炭黑中的一種或幾種。吸收層中作為吸收劑的磁性顆粒優(yōu)選羰基鐵、磁性材料包覆的空心微球、鐵氧體中的兩種或幾種。反射層中作為吸收劑的介電材料優(yōu)選石墨、炭黑、碳納米管中的一種或幾種。吸波薄膜層中的吸收劑與有機(jī)載體的質(zhì)量比1 50 1 1。有機(jī)載體優(yōu)選氯丁橡膠或聚氨酯。本發(fā)明技術(shù)方案還提出了上述三層復(fù)合吸波薄膜的方法，其特征在于該方法的步驟是
(1)將6 8g聚乙烯醇溶于IOOmL水，將其鋪展在準(zhǔn)備好的模具上，干燥待用；(2)將IOOg吸收劑粉體用0. 5 IOmL硅烷偶聯(lián)劑與10 50mL無水乙醇混合溶液超聲處理0. 5 2小時(shí)，70°C干燥12- 小時(shí)；(3)將上述步驟(2)處理過的1 50g的粉體加入5 20mL溶劑，超聲分散10 30分鐘，再加入20 60g有機(jī)載體，將混合物料倒入球磨罐，加入10 30mL溶劑、0. 3_5g 經(jīng)甲苯處理過的有機(jī)膨潤土，放入鋼球，球料質(zhì)量比為2 1 10 1，球磨4 12小時(shí)；(4)將上述步驟步驟( 磨好的的混合物料鋪展在準(zhǔn)備好的模具上，待其干燥；(5))重復(fù)步驟O) G)，完成三層復(fù)合薄膜的制備，將復(fù)合薄膜從模具中取下， 放入水中，揭去聚乙烯醇層，得到三層復(fù)合電磁波吸波薄膜。步驟(3)中所述溶劑優(yōu)選甲苯、二甲苯、丁酮、N、N-二甲基甲酰胺中的一種或兩種。步驟O)中所述的硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選YG0-1202、YG0-1202、KH550或KH560。本發(fā)明技術(shù)方案三層薄膜不僅能充分利用無機(jī)吸波材料自身的性質(zhì)，并且由于每層具有不同的電磁性質(zhì)，層與層之間不同材料又存在相互作用。當(dāng)電磁波入射到三層薄膜表面時(shí)，由于阻抗匹配層的特征阻抗與空氣接近，使盡可能多的電磁波進(jìn)入薄膜內(nèi)部，電磁波在經(jīng)過磁性吸收層時(shí)一部分電磁波被吸收，另一部分電磁波透過吸收層而射到反射層，電磁波經(jīng)反射層后又回到強(qiáng)磁吸收層，再經(jīng)強(qiáng)磁吸收層的吸收。電磁波一旦進(jìn)入薄膜，就會(huì)在薄膜內(nèi)部不斷進(jìn)行重復(fù)上述傳播吸收過程。因此該三層薄膜材料能表現(xiàn)出很多獨(dú)特的性質(zhì)，可用于電磁屏蔽材料和超薄型雷達(dá)波吸收材料。本發(fā)明制備方法操作過程簡單，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明三層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明制備復(fù)合薄膜的實(shí)物照片(a)鈦酸鋇為阻抗匹配層的照片(b)吸收層照片(C)石墨為反射層照片(d)炭黑為反射層的照片，由圖可以看出，鈦酸鋇層表現(xiàn)為灰白色，吸收層為黑灰色，石墨層表現(xiàn)出一定的銀亮色，而炭黑層則是完全黑色。圖3為本發(fā)明采用磁性材料包覆過的空心微球作為損耗層、以鈦酸鋇為阻抗匹配層、炭黑為反射層的三層復(fù)合薄膜的微觀SEM圖，插圖為空心微球的表面SEM，從圖可以清楚看出三層結(jié)構(gòu)，空心微球表面包覆的磁性顆粒圖4為本發(fā)明三層復(fù)合薄膜的電磁吸波曲線，Sl 炭黑為反射層，磁性材料包覆的空心微球?yàn)槲諏?，鈦酸鋇為阻抗匹配層的三層復(fù)合薄膜；s2 石墨作為反射層，羰基鐵粉為吸收層，鈦酸鋇為阻抗匹配層的三層復(fù)合薄膜；s3 石墨作為反射層，羰基鐵粉為吸收層，鈦酸鋇為阻抗匹配層，同時(shí)在阻抗匹配層加入碳納米管的三層復(fù)合薄膜。從圖可以看出三層復(fù)合薄膜在8-18GHZ均表現(xiàn)出電磁波吸收，< -8dB的吸收頻帶寬超過5GHz。圖5為本發(fā)明三層復(fù)合薄膜實(shí)例s5_s9吸波曲線
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述
參見附圖1所示，本發(fā)明所述三層復(fù)合吸波薄膜是由介電材料和有機(jī)載體組成的阻抗匹配層1、由磁性顆粒和有機(jī)載體組成的吸收層2和由導(dǎo)電性較好的碳材料及有機(jī)載體組成的反射層3構(gòu)成，阻抗匹配層1的厚度為0. 1 0. 3mm,吸收層2的厚度為0. 2 0. 4mm,反射層3的厚度為0. 1 0. 3_。表一為三層復(fù)合吸波薄膜的選材及厚度的實(shí)施例
實(shí)例阻抗匹配層損耗層反射層厚度(mm)si4g BaTiO3 30g氯丁橡膠20g羰基鐵 30g 氯丁 橡膠4g石墨 30g氯丁橡膠0.54S21 OgBaTiO3,0.2g CNT 30g氯丁橡膠30g羰基鐵 30g 氯丁 橡膠IOg石墨 30g氯丁橡膠0.91S38g BaTiO3 30g聚氨酯包覆空心微球，羰基鐵 50g 氯丁橡膠IOg炭黑 30g氯丁橡膠0.94S4IOg碳化硅 40g氯丁橡膠20g羰基鐵粉 40g 氯丁橡膠8g石墨 30g氯丁橡膠0.81S54.0g鈦酸鋇 20g氯丁橡膠25.0g羰基鐵粉 55g 氯丁 橡膠羰基鐵/石墨 40g氯丁橡膠0.68S620.0g羰基鐵粉，5g鈦酸鋇 60.0g氯丁橡膠42.5g羰基鐵，5g石里 IOOg 氯丁1 g碳納米管 30.0g聚氨酷1.權(quán)利要求
1.一種三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于該種三層復(fù)合吸波薄膜是由導(dǎo)電性較好的碳材料及有機(jī)載體組成的反射層(1)、由磁性顆粒和有機(jī)載體組成的吸收層( 和由介電材料和有機(jī)載體組成阻抗匹配層(3)構(gòu)成，反射層(1)的厚度為0. 1 0. 3_，吸收層O)的厚度為0. 2 0. 4mm,阻抗匹配層(3)的厚度為0. 1 0. 3謹(jǐn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于阻抗匹配層(1)中作為吸收劑的介電材料是指鈦酸鋇、碳化硅、碳納米管或炭黑中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于吸收層(2)中作為吸收劑的磁性顆粒是指羰基鐵、磁性材料包覆的空心微球、鐵氧體中的兩種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于反射層(3)中作為吸收劑的碳材料是指石墨、炭黑、碳納米管(CNT)中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于吸波薄膜層中的吸收劑與有機(jī)載體的質(zhì)量比1 50 1 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于有機(jī)載體是指氯丁橡膠或聚氨酯。
7.制備上述權(quán)利要求1所述的三層復(fù)合吸波薄膜的方法，其特征在于該方法的步驟是(1)將6 8g聚乙烯醇溶于IOOmL水，將其鋪展在準(zhǔn)備好的模具上，干燥待用；(2)將IOOg吸收劑粉體用0.5 IOmL硅烷偶聯(lián)劑與10 50mL無水乙醇混合溶液超聲處理0. 5 2小時(shí)，70°C干燥12-24小時(shí)；(3)將上述步驟⑵處理過的1 50g的粉體加入5 20mL溶劑，超聲分散10 30 分鐘，再加入20 60g有機(jī)載體，將混合物料倒入球磨罐，加入10 30mL溶劑、0. 3_5g經(jīng)甲苯處理過的有機(jī)膨潤土，放入鋼球，球料質(zhì)量比為2 1 10 1，球磨4 12小時(shí)；(4)將上述步驟( 磨好的混合物料鋪展在準(zhǔn)備好的模具上，待其干燥；(5)重復(fù)步驟( G)，完成三層復(fù)合薄膜的制備，將復(fù)合薄膜從模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇層，得到三層復(fù)合電磁波吸波薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于步驟(3)中所述溶劑為甲苯、二甲苯、丁酮、N、N-二甲基甲酰胺中的一種或兩種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的的三層復(fù)合吸波薄膜，其特征在于步驟O)中所述的硅烷偶聯(lián)劑為 YG0-1202、YG0-1202、KH550 或 KH560。
全文摘要
本發(fā)明是一種三層復(fù)合吸波薄膜及制備方法，該種三層復(fù)合吸波薄膜是由介電材料和有機(jī)載體組成阻抗匹配層、由磁性顆粒和有機(jī)載體組成的吸收層和由導(dǎo)電性較好的碳材料及有機(jī)載體組成的反射層構(gòu)成，阻抗匹配層的厚度為0.1～0.3mm，吸收層的厚度為0.2～0.4mm，反射層的厚度為0.1～0.3mm。其制備方法是將無機(jī)顆粒處理后，通過一定的方式使其在有機(jī)相中均勻分散后鋪展成膜，在第一層的溶劑揮發(fā)完全后，接著鋪展第二層和第三層，形成三層復(fù)合吸波薄膜，此三層復(fù)合薄膜具有高效、輕質(zhì)和厚度薄的優(yōu)點(diǎn)，可用于電磁屏蔽材料，在超薄型雷達(dá)波吸收材料中有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B32B5/30GK102179965SQ2010106076
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉陽, 李雪愛, 杜耘辰, 王曉紅, 韓喜江 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)