CN106207486A - 一种石墨烯打印吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯打印吸波材料及其制备方法，包括反射板，所述反射板上设置有至少一层石墨烯匹配层，所述石墨烯匹配层包括衬底以及印刷在所述衬底上的至少一层石墨烯层。本发明的有益效果：一是加工效率及成本有明显优势，石墨烯吸波材料加工可以采用喷涂、丝网印刷等大规模生产方式生产，生产效率及成本大大低于喷墨打印；同时原料成本方面石墨烯吸波材料明显低于银铜等材料；二是基材选择方面优势，石墨烯可以使用于任何柔性非柔性材料，可使整个吸波材料具有柔韧性。

Description

一种石墨烯打印吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及微波吸收材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯打印吸波材料及其制备方法。

背景技术

雷达吸波材料可以有效降低雷达反射信号强度，有力降低被探测率，提供自身生存能力。雷达吸波材料主要分为电损耗型、磁损耗型、电磁损耗型。根据作用频段可以分为雷达、红外、可见光、激光等隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。

目前主要技术为在PCB版或类似材料上加工设计的特定形状，达到阻抗匹配，实现雷达、光波等吸收。根据以上吸波材料分类，应划入电损耗型隐身结构材料。其细分有早期的Salisbury屏，Jaumann屏等，以及后来发展的基于有耗频率选择表面（frequencyselective surface）以及超材料（metamaterials）等形式的结构型吸波材料。这类吸波材料结构共同点是采用三明治结构：导电结构阻抗匹配层、介质衬底、以及金属反射板。为拓宽吸波带宽，该三明治结构可以进行多层叠加提高吸收性能。

早期的吸波结构如Salisbury屏，Jaumann屏等形式及原理简单，但是受限于吸波带宽以及结构厚度，应用有限。后期的吸波材料拓展了带宽，厚度也降低了，但是现有主要是以刻蚀工艺在PCB版或类似材料上加工出特定结构，实现匹配吸收。这一技术主要缺陷是不具备柔韧性，无法在实际应用中与被覆盖物共型等。此外PCB或类似材料加工技术在尺寸上限制了该吸波材料大小，不利于尺寸延伸。同时，PCB或类似材料加工耗时长、成本高、且大量使用酸液污染环境等缺点，亟待解决。

近期，研究人员开始采用打印导电油墨的方法对设计的吸波结构进行加工，如采用银油墨进行喷墨打印（inkjet printing），这一方法虽然解决了柔性共型问题，银导电油墨的高成本，以及喷墨打印的低效率、高成本、小尺寸等先天缺陷，使其并不适用于吸波材料这类大面积加工。

综上所述，传统PCBor similar加工结构型吸波材料达不到柔性可共型要求，且有加工耗时长、成本高、且大量使用酸液污染环境及加工尺寸限制等缺点。近期发展的喷墨打印银材料吸波材料有高成本，低加工效率、小尺寸等局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯打印吸波材料及其制备方法，以克服目前现有技术中的不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种石墨烯打印吸波材料，包括反射板，所述反射板上设置有至少一层石墨烯匹配层，所述石墨烯匹配层包括衬底以及印刷在所述衬底上的至少一层石墨烯层。

进一步的，所述反射板为高导电反射板或高导磁板。

进一步的，所述衬底为柔性材料，所述柔性材料为纸、PET、硅胶或布。

进一步的，所述衬底为非柔性材料，所述非柔性材料为泡沫、PVC、AB或木材。

进一步的，所述石墨烯层为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。

进一步的，所述石墨烯层为石墨烯片、CVD石墨烯、石墨烯粉体或石墨烯油墨。

一种石墨烯打印吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用电磁仿真软件进行吸波材料结构设计和选材，设计出符合特定应用指标的吸波材料结构；

S2、利用电磁仿真软件对石墨烯匹配层的形状和图案进行设计；

S3、将石墨烯层印刷到衬底的一面上，在衬底的另一面制作反射层，对于多层石墨烯匹配层，对多层石墨烯匹配层进行堆垛；

S4、对吸波材料样品进行测试，并根据测试结果进行优化，反复以上过程直至得到符合设计要求的石墨烯打印吸波材料。

进一步的，在S2中，印刷的方式包括喷涂、喷墨打印、刮涂、丝网印刷、平版印刷、凹版印刷、凸版印刷或孔版印刷。

本发明的有益效果：一是加工效率及成本有明显优势，石墨烯吸波材料加工可以采用喷涂、丝网印刷等大规模生产方式生产，生产效率及成本方面大大优于喷墨打印；同时原料成本方面石墨烯吸波材料明显低于银铜等材料；二是基材选择方面优势，石墨烯可以使用于任何柔性非柔性材料，可使整个吸波材料具有柔韧性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是根据本发明实施例所述的石墨烯打印吸波材料的结构示意图一；

图2是根据本发明实施例所述的石墨烯打印吸波材料的结构示意图二；

图3是根据本发明实施例所述的石墨烯层结构示意图一；

图4是根据本发明实施例所述的石墨烯层结构示意图二；

图5是根据本发明实施例所述的石墨烯打印吸波材料的实物图。

图中：

1、反射板；2、衬底；3、石墨烯层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1或2所示，根据本发明实施例所述的一种石墨烯打印吸波材料，包括反射板，所述反射板上设置有至少一层石墨烯匹配层，所述石墨烯匹配层包括衬底以及印刷在所述衬底上的至少一层石墨烯层。

在本发明的一个具体实施例中，所述反射板为高导电反射板或高导磁板，主要形式包括高导电反射板或高导磁板以及人工设计结构等具有反射电磁波特性的挡板；发射板也可以用石墨烯打印。

在本发明的一个具体实施例中，所述衬底为柔性材料，所述柔性材料为纸、PET、硅胶或布。

在本发明的一个具体实施例中，所述衬底为非柔性材料，所述非柔性材料为泡沫、PVC、AB或木材。

在本发明的一个具体实施例中，所述石墨烯层为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。

在本发明的一个具体实施例中，所述石墨烯层为石墨烯片、CVD石墨烯、石墨烯粉体或石墨烯油墨。

一种石墨烯打印吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用电磁仿真软件进行吸波材料结构设计和选材，设计出符合特定应用指标的吸波材料结构；该步骤中主要内容是确定石墨烯材料的加工要求、吸波材料厚度，石墨烯匹配层基本形状，反射层形式以及要求、设计优化等步骤；

S2、利用电磁仿真软件对石墨烯匹配层的形状和图案进行设计；

S3、将石墨烯层印刷到衬底的一面上，在衬底的另一面制作反射层，对于多层石墨烯匹配层，对多层石墨烯匹配层进行堆垛；

S4、对吸波材料样品进行测试，并根据测试结果进行优化，反复以上过程直至得到符合设计要求的石墨烯打印吸波材料。

在S2中，印刷的方式包括喷涂、喷墨打印、刮涂、丝网印刷、平版印刷、凹版印刷、凸版印刷或孔版印刷。

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行阐述：

实施例1

如图1所示，本发明实施例所述的一种石墨烯打印吸波材料，包括反射板1，所述反射板1上设置有一层石墨烯匹配层，所述石墨烯匹配层包括衬底2和石墨烯层3，所述石墨烯层3印刷在衬底2上。

实施例2

如图2所示，根据本发明实施所述一种石墨烯打印吸波材料，包括反射板1，所述反射板1上设置有三层石墨烯匹配层，石墨烯匹配层重复堆垛，所述石墨烯匹配层为至少一层石墨烯层3印刷在衬底2上，本发明中三层石墨烯匹配层仅为示例，双层及更多层在保护范围。

实施例3

如图3所示，为设计的石墨烯匹配层单元形状；图4为4个单元图，从图中可以看出，石墨烯形状是周期二维排布的单元阵列，在实际应用中，根据使用面积，对单元数目进行增减。

图5为采用镂空板印刷的方式在布表面上加工的石墨烯吸波材料。可见，采用印刷的方式，可以高效的进行石墨烯柔性吸波材料的加工，同时尺寸不受限制。

如上所述，我们用实例说明了石墨烯吸波材料设计、加工及测试整个流程。通过以上结果可见，将特定设计的石墨烯形状采用印刷的方式加工在柔性衬底上，可以实现柔性吸波材料。由于加工方式采用的是工业成熟的印刷方式，因此具有效率高、成本低等特点，适用于大规模生产。同时，相对于传统PCB或类似材料加工结构型吸波材料，石墨烯打印吸波材料具有柔性、低成本、高加工效率等优势，由于石墨烯本身具有柔韧性，将石墨烯油墨加工在柔性衬底上则可使整个吸波材料具有柔韧性。此外，石墨烯印刷的方式避免了PCB或类似材料加工中大量使用酸液等对环境的破坏。

相对于其他油墨打印吸波材料的方法，石墨烯油墨具有抗氧化、低成本、高导电等特点。银／铜油墨具有高成本、易迁移、易氧化等缺陷。石墨烯油墨则成本低很多，且不存在氧化、迁移等问题，对印刷基材具有更好的适应性。其他导电油墨如炭黑、碳纳米管、导电聚合物等，则因导电率低，在吸波材料应用中的适应性和有效性明显低于石墨烯。设想，在需要的方块电阻（sheet resistance）一定的情况下，石墨烯由于其非常高的导电率，可以加入少量即可达到要求。换言之，在吸波材料实际应用中，石墨烯油墨因为石墨烯的高导电率，配方中可以有更多的空间加入其它非导电添加剂，提高油墨的粘附性、防水防尘等其它特性。

综上所述，石墨烯吸波材料的加工相对于以上所述喷墨打印银等的方式，优势非常明显：一是加工效率及成本有明显优势，石墨烯吸波材料加工可以采用喷涂、丝网印刷等大规模生产方式生产，生产效率及成本大大低于喷墨打印；同时原料成本方面石墨烯吸波材料明显低于银铜等材料。二是基材选择方面优势。石墨烯可以使用于任何柔性非柔性材料，而银油墨由于银粒子迁移，不能加工在普通纸张或者布匹上，限制了应用场景。

本发明应不限于雷达频段吸波材料，应该包括可见光、声波、太赫兹、远红外、激光等频段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯打印吸波材料，包括反射板，其特征在于：所述反射板上设置有至少一层石墨烯匹配层，所述石墨烯匹配层包括衬底以及印刷在所述衬底上的至少一层石墨烯层。

2.根据权利要求1所述的石墨烯打印吸波材料，其特征在于：所述反射板为高导电反射板或高导磁板。

3.根据权利要求1所述的石墨烯打印吸波材料，其特征在于：所述衬底为柔性材料，所述柔性材料为纸、PET、硅胶或布。

4.根据权利要求1所述的石墨烯打印吸波材料，其特征在于：所述衬底为非柔性材料，所述非柔性材料为泡沫、PVC、AB或木材。

5.根据权利要求1所述的石墨烯打印吸波材料，其特征在于：所述石墨烯层为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。

6.根据权利要求1所述的石墨烯打印吸波材料，其特征在于：所述石墨烯层为石墨烯片、CVD石墨烯、石墨烯粉体或石墨烯油墨。

7.根据权利要求1-6任一项所述的石墨烯打印吸波材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采用电磁仿真软件进行吸波材料结构设计和选材，设计出符合特定应用指标的吸波材料结构；

S2、利用电磁仿真软件对石墨烯匹配层的形状和图案进行设计；

S3、将石墨烯层印刷到衬底的一面上，在衬底的另一面制作反射层，对于多层石墨烯匹配层，对多层石墨烯匹配层进行堆垛；

S4、对吸波材料样品进行测试，并根据测试结果进行优化，反复以上过程直至得到符合设计要求的石墨烯打印吸波材料。

8.根据权利要求7所述的石墨烯打印吸波材料，其特征在于：在S2中，印刷的方式包括喷涂、喷墨打印、刮涂、丝网印刷、平版印刷、凹版印刷、凸版印刷或孔版印刷。