CN101255292A - 高吸收轻量型电磁波吸收涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高吸收轻量型电磁波吸收涂料，将树脂、碳微粉，碳纤维、TiO₂微粉均匀混合，涂抹成涂层，常温下干燥，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。本发明工艺简单，成本低，通过选择比重较小的电磁波吸收剂进行复合制备出新型涂料型电磁波吸收材料，使产品比重小，可广泛用于民用和军事，更具实用性。

Description

高吸收轻量型电磁波吸收涂料

技术领域

本发明涉及一种电磁波吸收材料，具体涉及一种利用比重较小的电磁波吸收剂进行复合制备而成的电磁波吸收涂料。

背景技术

伴随着信息社会的飞速发展，电子产品日趋普及。电子产品在给人们带来巨大便利的同时，也带来了一定的危害。尤其是内藏信息处理装置的电子机器的广泛应用，CPU的运算速度越来越高速化，由此产生的高频电磁波辐射和噪音污染也越来越严重。恶化的电磁环境不仅对人类生活日益依赖的通信、计算机与各种电子系统的信号传播产生影响，造成系统装置误动作，带来不可预知的灾害，而且会对人类身体健康带来威胁。鉴于此，国际卫生组织已将电磁污染列为第二大环境污染。

为了解决上述问题，人们从六十年代起，在屏蔽材料的基础上，开始探索电磁波吸收材料的研制。发达国家在这方面已走在前列，如熟知的美国隐形战机F-117的表面就是采用隐形材料和隐形设计，日本更是将电磁波吸收材料广泛民用，除电子领域外，还用于办公室、控制室等的电磁波辐射危害防护，甚至高大建筑物及桥梁表面，用以消除雷达假影。

电磁波吸收材料的种类有很多，如烧结铁氧铁片、楔状吸收体、海绵式吸收体、涂料型电磁波吸收材料等。目前采用树脂和比重较大的磁性材料、羰基铁粉等制作出涂料型电磁波吸收材料，产品比重大，成本高，不利于产业化发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种高吸收轻量型电磁波吸收涂料，其利用比重较小的电磁波吸收剂进行复合，制备出比重小、成本低的电磁波吸收涂料。

本发明所采用的技术方案是：将树脂、碳微粉，碳纤维、TiO₂微粉均匀混合，涂抹成涂层，常温下干燥，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。

本发明所采用的原理：

本发明的吸收机制为介电吸收。为简单论述，考虑单层电磁波吸收体，后面设置金属板，电磁波入射，遇到金属板后不能透过，电磁波进入吸收材料的过程是一个平面电磁波通过介质传播的过程，因此采用传输线理论解释。

考虑平面电磁波垂直入射场合，涂层厚度d，输入阻抗

传输线(吸收体)特性阻抗

负载(铁板)阻抗

考虑传播常数为

则根据传输线理论有：

输入阻抗 ${\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{in}}={\stackrel{\·}{Z}}_c\frac{{\stackrel{\·}{Z}}_L+{\stackrel{\·}{Z}}_c\tanh \stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}d}{{\stackrel{\·}{Z}}_c+{\stackrel{\·}{Z}}_L\tanh \stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}d}---\left(1\right)$

作为例子，仅考虑介电吸收形式，此时， ${\stackrel{\·}{\mathrm{\μ}}}_r\≈1,$ 媒质

内传播的平面波的特性阻抗

以及传播常数

可以表为

${\stackrel{\·}{Z}}_c={\mathrm{\η}}_0\sqrt{\frac{1}{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_r}},$ ${\mathrm{\η}}_0=\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{\ϵ}}_0}}---\left(2\right)$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}=i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\sqrt{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_r}---\left(3\right)$

因为

为金属板阻抗，故 ${\stackrel{\·}{Z}}_L=0,$ 依此，将(2)、(3)式代入(1)式，得到：

${\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{in}}={\mathrm{\η}}_0\sqrt{\frac{1}{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_r}}\tanh \left(i\frac{2\mathrm{\πd}}{\mathrm{\λ}}\sqrt{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_r}\right)---\left(4\right)$

考虑电磁波在吸收体表面无反射，即全部吸收，则反射系数

$\stackrel{\·}{\mathrm{\Γ}}=\frac{{\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\η}}_0}{{\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\η}}_0}=0$ 得到

${\stackrel{\·}{Z}}_{\mathrm{in}}={\mathrm{\η}}_0---\left(5\right)$

(5)式代入(4)式，则有：

$1=\frac{1}{\sqrt{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_r}}\tanh \left(i\frac{2\mathrm{\πd}}{\mathrm{\λ}}\sqrt{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_r}\right)---\left(6\right)$

根据(6)式，就可以进行电磁波吸收材料的设计工作了。

(6)式表征了无反射条件下材料特性与电磁波波长的关系，满足此关系的材料介电常数

及材料厚度就是电磁波吸收体制作的最佳选择。

考虑ε_r＝ε′-iε″    (7)

以关系式(7)，绘制出无反射曲线，

制备出基础材料，测量不同电磁波频率下的材料ε′、ε″，在曲线上拟合。即可确定出最佳电磁性能的材料制备参数。

本发明所提供的高吸收轻量型电磁波吸收涂料工艺简单，成本低，通过选择比重较小的电磁波吸收剂进行复合制备出新型涂料型电磁波吸收材料，使产品比重小，可广泛用于通讯、电子系统，雷达波发射和接收装置等使用单位及电子机器内部的防电磁辐射干扰和信息泄露、以及电磁污染防护等。更可广泛用于军事，如雷达波探测防护、装甲战车、移动指挥系统、水面舰艇、飞机等的内部及表面防护等，更具实用性。

具体实施方式

下面采用实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的技术方案是：将树脂100Phr、碳微粉1-1.2Phr、碳纤维25-35phr、TiO₂微粉1-1.2Phr均匀混合，涂成厚0.5-0.8mm的涂层，常温下干燥8hr，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。

所述碳纤维的长度在0.3-1mm。

主要技术指标，与国外产品对比：

本发明的技术指标：在26--40GHz，不同中心频带电磁波吸收达20dB以上，厚度小于1mm，比重小于1.2g/cm³。并具有优良的耐候性。依此技术原理，可制备出5-110GHz不同波段的电磁波吸收涂料。

日本同类产品指标：在26--40GHz，不同中心频带电磁波吸收达15--25dB，厚度小于1mm，比重3g/cm³左右。

本发明与国外产品相比，吸收性能与国外产品相同，但更轻，而且成本更低。

实施例一、

将树脂100Phr、碳微粉1Phr，碳纤维35phr，TiO₂微粉1Phr均匀混合，涂成厚0.5mm的涂层，常温下干燥8hr，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。在39GHz电磁波吸收达20dB，材料比重为1.1g/cm³。

实施例二、

将树脂100Phr、碳微粉1.2Phr，碳纤维27phr，TiO₂微粉1Phr均匀混合，涂成厚0.8mm的涂层，常温下干燥8hr，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。在27GHz电磁波吸收达21dB，材料比重为1.1g/cm³。

实施例三、

将树脂100Phr、碳微粉1.1Phr，碳纤维30phr，TiO₂微粉1.2Phr均匀混合，涂成厚0.6mm的涂层，常温下干燥8hr，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。在33GHz电磁波吸收达22dB，材料比重约为1.1g/cm³。

Claims (2)

1、一种高吸收轻量型电磁波吸收涂料，其特征在于：将树脂100Phr、碳微粉1-1.2Phr、碳纤维25-35phr、TiO₂微粉1-1.2Phr均匀混合，涂成厚0.5-0.8mm的涂层，常温下干燥8hr，制备出涂料型薄片状电磁波吸收体。

2、根据权利要求1所述的高吸收轻量型电磁波吸收涂料，其特征在于：所述碳纤维的长度在0.3-1mm。