【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隐身材料，涉及一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着军事侦察技术的飞速发展，监视设备的应用日益广泛，其中多频谱互补隐身技术，尤其是雷达与红外兼容隐身技术，因其能有效应对复杂多变的探测系统而备受关注。雷达隐身技术要求材料具备出色的电磁波衰减能力，即实现高吸收、低反射；而红外隐身技术则要求材料具有高反射、低发射的特性。然而，这两种隐身技术在材料吸收率上的需求存在明显的矛盾，为开发兼具两者优点的隐身材料带来了严峻挑战。
2、具体而言，雷达隐身性能通常通过雷达波透射率来衡量，理想的材料应具有较高的雷达波透射率，以便更好地吸收入射的电磁波；而红外隐身性能则通过红外发射率来评估，在3-5μm和8-14μm这两个关键波段内，红外发射率越低，材料的红外辐射就越弱，通常以小于0.3作为优秀的评价指标。
3、为了同时满足雷达和红外隐身的需求，研究者们通常尝试设计复合材料或分层结构。这些设计旨在实现雷达波段的强吸收和红外波段的低发射。然而，尽管付出了诸多努力，但实现良好的多频谱隐身效果仍然面临诸多困难。
4、超材料作为一种先进的解决方案，在多物理场隐身技术中展现出了显著优势。其核心理念是利用雷达与红外波长的差异，通过构建分层结构来操控电磁波。在这种设计中，红外隐身顶层通常采用频域选择表面（即低通滤波器），它能在保持整体结构低发射率的同时，允许雷达波透过。而底部的超材料吸收器则负责衰减和吸收从顶层透射过来的雷达波。然而，超材料在实际应用中仍面临诸多挑战，包括复杂的加工工艺
5、鉴于超材料在多物理场隐身技术中的潜力及其面临的挑战，文献（asymmetricelectric field distribution enhanced hierarchical metamaterials for radar-infrared compatible camouflage[j]. journal of materials science & technology,2023, 146: 10-18.）利用羰基铁颗粒、石墨烯片和聚氨酯混合制备吸波隔热层，利用激光刻蚀的方形图案制备红外屏蔽反射层，再利用聚氨酯胶水把红外屏蔽反射层粘贴在吸波隔热层的上方制备出了双层兼容隐身材料。然而，该材料的雷达波透射率有待于进一步提高，红外发射率也有待于进一步降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料及其制备方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，具有双层结构，上层为具有激光刻蚀的周期图案的红外屏蔽反射层，下层为吸波隔热层，周期图案的周期单元（在一个周期性结构中，能够重复出现并构成整个结构的基本单元）形状为米字矩形、菱形、八卦形、十字圆形、圆形或十字矩形；
4、米字矩形由矩形以及位于其内部的8条线段组成，8条线段的一端同时与矩形的中心点连接，另一端分别与矩形的4个顶点以及矩形的4条边的中点连接；
5、十字圆形由圆形以及位于其内部的4条线段组成，4条线段的一端同时与圆形的圆心连接，另一端分别与均匀分布在圆上的4个点连接；
6、十字矩形由矩形以及位于其内部的4条线段组成，4条线段的一端同时与矩形的中心点连接，另一端分别与矩形的4个顶点连接；
7、周期单元尺寸为0.5-1.0mm，激光刻蚀间隙为35-60μm。
8、当激光刻蚀间隙和周期单元形状不变的时候，减少周期单元尺寸后，导电部分面积占比会下降，雷达波透射率会提高，但是与导电部分面积占比呈反比的红外发射率也会提高，因此，难以通过仅仅减少周期单元尺寸的方式进一步提高雷达波透射率，同时进一步降低红外发射率。本专利技术通过重新设计周期单元形状，并与周期单元尺寸、激光刻蚀间隙相互配合，实现了在进一步提高雷达波透射率的同时进一步降低红外发射率。
9、作为优选的技术方案：
10、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，红外屏蔽反射层包括位于上层的红外屏蔽材料和位于下层的衬底，红外屏蔽材料的厚度为0.03-0.1mm，衬底的厚度为0.1-0.2mm；红外屏蔽材料为铝箔、铜箔、银箔、氧化铟锡薄膜或导电喷漆，衬底为聚碳酸酯板。
11、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，吸波隔热层的厚度为2.5-3.5mm；吸波隔热层为气凝胶，气凝胶的骨架为芳纶纳米纤维，芳纶纳米纤维由短切kevlar纤维在溶剂（二甲基亚砜）中依次经去质子化、质子化处理得到。
12、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，芳纶纳米纤维上附着有mxene，mxene的片径为1-20μm，mxene为二维材料，mxene上丰富的官能团和晶格缺陷，优异的电导率，为电磁波衰减提供了自由电子的传输路径，有效将电磁波转换为热能。
13、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，芳纶纳米纤维上还附着有fe3o4@cppy，fe3o4@cppy为具有核-壳结构的手性纳米粒子，其中，芯核为fe3o4纳米粒子，壳层为手性聚吡咯，平均粒径为340-400nm，fe3o4@cppy为零维材料，相比较普通的零维材料，它存在界面极化和偶极极化，可进一步提高雷达波的衰减能力。
14、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，fe3o4@cppy的制备过程为：采用水热法制备fe3o4纳米粒子后，将其同吡咯单体一起加入到含有手性掺杂剂或手性酸的体系中聚合，即得fe3o4@cppy。
15、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，fe3o4@cppy的制备过程为：将fecl3-6h2o、聚乙二醇、无水醋酸钠溶于乙二醇中，于180-220℃下反应8-10h，洗涤反应物得到fe3o4纳米粒子后，将fe3o4纳米粒子和吡咯单体加入到浓度为0.5-1.5mol/l的l-樟脑磺酸溶液中，逐滴添加过硫酸铵溶液，冰水浴聚合2-4h，洗涤沉淀物，即得fe3o4@cppy。
16、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，气凝胶中，mxene的含量为20-30wt%，fe3o4@cppy的含量为10-30wt%，气凝胶有红外隐身效果，因为气凝胶的多孔结构使其具有隔热性能，上表面温度要比接触热源的下表面温度低很多，所以辐射的红外信号被抑制，隔热性能的评价指标主要为导热系数，本专利技术的气凝胶的导热系数较小，隔热性能优良，有利于提升复合材料的红外隐身效果。
17、如上所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料在x波段（8.2-12.4ghz，雷达波段中的一个特定频段）的吸波带宽为8.4-12.4ghz，最小反射损耗为-32.44~-14.4db本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，具有双层结构，上层为具有激光刻蚀的周期图案的红外屏蔽反射层，下层为吸波隔热层，其特征在于，周期图案的周期单元形状为米字矩形、菱形、八卦形、十字圆形、圆形或十字矩形；
2.根据权利要求1所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，红外屏蔽反射层包括位于上层的红外屏蔽材料和位于下层的衬底，红外屏蔽材料的厚度为0.03-0.1mm，衬底的厚度为0.1-0.2mm；红外屏蔽材料为铝箔、铜箔、银箔、氧化铟锡薄膜或导电喷漆，衬底为聚碳酸酯板。
3.根据权利要求1所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，吸波隔热层的厚度为2.5-3.5mm；吸波隔热层为气凝胶，气凝胶的骨架为芳纶纳米纤维，芳纶纳米纤维由短切Kevlar纤维在溶剂中依次经去质子化、质子化处理得到。
4.根据权利要求3所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，芳纶纳米纤维上附着有MXene，MXene的片径为1-20μm。
5.根据权利要求4所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，芳纶纳
6.根据权利要求5所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，Fe3O4@CPPy的制备过程为：采用水热法制备Fe3O4纳米粒子后，将其同吡咯单体一起加入到含有手性掺杂剂或手性酸的体系中聚合，即得Fe3O4@CPPy。
7.根据权利要求6所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，Fe3O4@CPPy的制备过程为：将FeCl3-6H2O、聚乙二醇、无水醋酸钠溶于乙二醇中，于180-220℃下反应8-10h，洗涤反应物得到Fe3O4纳米粒子后，将Fe3O4纳米粒子和吡咯单体加入到浓度为0.5-1.5mol/L的L-樟脑磺酸溶液中，逐滴添加过硫酸铵溶液，冰水浴聚合2-4h，洗涤沉淀物，即得Fe3O4@CPPy。
8.根据权利要求5所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，气凝胶中，MXene的含量为20-30wt%，Fe3O4@CPPy的含量为10-30wt%。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料在X波段的吸波带宽为8.4-12.4GHz，最小反射损耗为-32.44~-14.4dB，导热系数为0.0274-0.0320W/(mK)，在3-5μm红外波段的平均红外发射率为0.18-0.28，在8-14μm红外波段的平均红外发射率为0.15-0.26，在150℃加热台上持续加热0.5h后表面温度为46.6-58.6℃。
10.制备如权利要求1-9任一项所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料的方法，其特征在于，分别制备具有激光刻蚀的周期图案的红外屏蔽反射层和吸波隔热层后，将二者通过胶水组装在一起，即得雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，具有双层结构，上层为具有激光刻蚀的周期图案的红外屏蔽反射层，下层为吸波隔热层，其特征在于，周期图案的周期单元形状为米字矩形、菱形、八卦形、十字圆形、圆形或十字矩形；
2.根据权利要求1所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，红外屏蔽反射层包括位于上层的红外屏蔽材料和位于下层的衬底，红外屏蔽材料的厚度为0.03-0.1mm，衬底的厚度为0.1-0.2mm；红外屏蔽材料为铝箔、铜箔、银箔、氧化铟锡薄膜或导电喷漆，衬底为聚碳酸酯板。
3.根据权利要求1所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，吸波隔热层的厚度为2.5-3.5mm；吸波隔热层为气凝胶，气凝胶的骨架为芳纶纳米纤维，芳纶纳米纤维由短切kevlar纤维在溶剂中依次经去质子化、质子化处理得到。
4.根据权利要求3所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，芳纶纳米纤维上附着有mxene，mxene的片径为1-20μm。
5.根据权利要求4所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，芳纶纳米纤维上还附着有fe3o4@cppy，fe3o4@cppy为具有核-壳结构的手性纳米粒子，其中，芯核为fe3o4纳米粒子，壳层为手性聚吡咯，平均粒径为340-400nm。
6.根据权利要求5所述的一种雷达-红外多频谱兼容隐身复合材料，其特征在于，fe3o4@cppy的制备过程为：采用水热法制备fe3o4纳米粒子后，将其同吡咯单体一起加入到含...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈南梁，海文清，毕思伊，刘琪，李明昊，姜子洋，蒋金华，邵慧奇，邵光伟，傅婷，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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