CN110054182A - 一种磁性石墨烯基吸波蜂窝材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种磁性石墨烯基吸波蜂窝材料，它为磁性氧化石墨烯均匀分散于蜂窝芯材中形成的结构吸波材料；尺寸在300mm×300mm×10mm～300mm×300mm×20mm之间，蜂窝孔格边长1.83～2.75mm，在1‑2GHz波段的反射率均＜‑5dB，在2‑18GHz波段的反射率均＜‑8dB，在27‑40GHz波段的反射率均＜‑14dB。还提供了其制备方法，步骤如下：S1、制备磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂；S2、将磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂稳定地分散在有机溶剂中形成吸收剂分散液；S3、将蜂窝芯材放入吸收剂分散液中浸渍；S4、干燥、固化浸渍好的蜂窝芯材，得到磁性石墨烯基吸波蜂窝材料。

Description

一种磁性石墨烯基吸波蜂窝材料及其制备方法

技术领域

本发明总体地属于吸波材料领域，尤其涉及一种石墨烯基蜂窝型吸波材料及其制备方法。

背景技术

隐身技术作为现代战争中提高武器系统的攻击效能和生存能力的有效方法，导弹、飞机、坦克、舰船等武器装备如果具备好的隐身性能，能够显著减小被敌方探测装置探测到的可能性，减少预警时间和防御效率。因此，对吸波材料的研究在提高军队武器装备战斗力，增强国家军事能力方面具有极其重大的意义。

根据雷达波吸波材料的成型特点与承载能力的不同可将其分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料二大类。传统涂敷型吸波材料主要通过吸收剂实现吸波功能，通常采用喷涂工艺制备，工艺流程短，涂层厚度较厚，吸收剂均匀度差、强度不高，吸收频带窄，不具有承载能力，功能较为单一。结构型吸波材料主要通过一定的结构形态提高材料的吸波性能，以模压制造或切削制造工艺为主，结构形态简单，力学性能优异，兼具良好的承载与吸波性能。

蜂窝形结构材料具有独特的六边形结构，可均匀地承受外力，质量轻，并且在保证足够强度的同时，可最大程度减轻材料重量，因此蜂窝形结构材料是结构型吸波材料中的一种重要基体材料。

现有技术制备的吸波蜂窝材料虽然已能够基本满足质量轻、吸收频带宽、吸收能力强、承载性能好的要求，但普遍存在低频L波段(1～2GHz)吸波性能差的特点，材料反射率很难达到-5dB及以下。

发明内容

针对现有技术中存在的吸波材料低频L波段吸波性能差的问题，本发明提供了一种磁性石墨烯基吸波蜂窝材料，该材料解决了现有结构吸波材料低频段吸波性能差的问题，在全雷达波段包括低频L波段，均具有良好的吸波性能，并提供了其制备方法，该制备方法简单易行、成型周期短，适宜大批量生产应用。

本发明的技术方案是，提供了一种磁性石墨烯基吸波蜂窝材料，它为磁性石墨烯均匀分散于蜂窝芯材中形成的结构吸波材料；以180mm×180mm×5mm金属铝板为标准体，采用弓形架系统对所制备的蜂窝材料进行反射率测试，所得磁性石墨烯基吸波蜂窝材料在1-2GHz波段的反射率均＜-5dB，在2-18GHz波段的反射率＜-8dB，在27-40GHz的波段的反射率均＜-14dB；所得磁性石墨烯基吸波蜂窝材料板材的尺寸在300mm×300mm×10mm～300mm×300mm×20mm之间，蜂窝孔的边长为1.83～2.75mm，

本发明通过利用磁性粒子与氧化石墨烯提高吸收剂阻抗匹配性，改善吸收剂低频吸波效果，同时结合蜂窝结构固有的优点，设计制备磁性石墨烯基吸波蜂窝材料。

本发明还提供了上述磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂；

S2、将磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂稳定地分散在有机溶剂中，形成吸收剂分散液；

S3、将蜂窝芯材放入步骤S2所得的吸收剂分散液中浸渍；

S4、干燥、固化浸渍好的蜂窝芯材，得到磁性石墨烯基吸波蜂窝材料。

上述磁性石墨烯基吸波蜂窝材料制备方法简单、环保，材料制备周期短，适宜大批量生产用于现代武器装备的隐身。

进一步的，上述步骤S1中先制备磁性氧化石墨烯，其中磁性氧化石墨烯的制备是以天然石墨鳞片为原料通过Hummers法氧化得到氧化石墨烯，所得氧化石墨烯再与乙二醇、FeCl₃、醋酸钠、乙二胺混合经水热反应，然后真空干燥，得到磁性氧化石墨烯吸收剂。

选用Hummers法可制得均匀稳定分散的氧化石墨烯胶体，有助于后续磁性氧化石墨烯吸收剂的分散。采用所述水热法制备磁性氧化石墨烯工艺简单、经济环保，适合雷达波吸收剂的大量生产。

更进一步的，上述水热反应的温度为180℃～200℃、时间为6h～12h；真空干燥的条件为60℃干燥12h。

通过所述水热反应条件，严格控制反应温度与时间，可在氧化石墨烯表面负载颗粒大小均匀(约50nm)、磁性良好的磁性粒子。

更进一步的，上述步骤S2中的有机溶剂包括丙酮、乙醇中的一种或两种组合；所述磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂与有机溶剂的质量比为1:5～1:7，优选为1:6。

采用所述有机溶剂能够制得较高浓度且稳定分散的磁性氧化石墨烯分散液，且沸点低易干燥。

更进一步的，上述步骤S3中蜂窝芯材在吸收剂分散液中浸渍的时间为8～12s，优选浸渍10s。

通过将蜂窝浸渍时间控制在所述范围内，能够使雷达波吸收剂均匀分散于蜂窝孔格与表面，在保证蜂窝吸波吸能的同时减少了材料吸波性能的各向异性。

更进一步的，上述步骤S4中干燥、固化温度为120℃、时间为30min。

采用所述吸波蜂窝干燥固化温度与时间，既能够使磁性石墨烯基吸波蜂窝材料在一定的时间内完全干燥固化，又能够不破坏蜂窝结构保证材料的力学性能良好。

本发明提供了一种全波段具有良好吸波性能的吸波蜂窝材料及其制备方法，所述磁性石墨烯基吸波蜂窝材料通过浸渍磁性氧化石墨烯吸收剂分散液中制得，磁性粒子与氧化石墨烯界面相互作用增强了材料的界面极化使吸收剂阻抗匹配性提高，使得所述雷达波吸收剂材料在低频具有低反射系数与较宽的有效吸波频带，而蜂窝芯材兼具质量轻与承载能力强的特点，因此由该技术方案制备的吸波蜂窝材料克服了现有技术中低频段吸波性能差的缺点，且兼具现有吸波蜂窝材料的优异性能，可广泛应用于武器装备的隐身。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明实施例1所述磁性石墨烯基蜂窝型吸波材料在频率为1～18GHz的反射率测试曲线；

图2为本发明实施例1所述磁性石墨烯基蜂窝型吸波材料在频率为27～40GHz的反射率测试曲线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明以下各实施例基本按以下步骤和参数进行，不同的试剂、工艺参数在每个实施例中有具体体现：

一种磁性氧化石墨烯吸收剂分散液和吸波蜂窝材料的制备方法，主要包括以下步骤：

磁性氧化石墨烯吸收剂分散液的制备：

(1)将天然鳞片石墨通过Hummers方法氧化制得氧化石墨烯，取氧化石墨烯超声分散于乙二醇中，加入氯化铁、醋酸钠、乙二胺搅拌均匀后进行水热反应制备磁性氧化石墨烯，并将产物进行真空干燥。优选地，反应釜在200℃温度下进行8h水热反应，产物经60℃真空干燥12h。

(2)将制备好的磁性氧化石墨烯用有机溶剂分散并稀释得到磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂，优选地，有机溶剂可以为丙酮、乙醇中的一种或两种组合，本实施例优选使用丙酮作为有机溶剂，磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂与有机溶剂的质量比为1：5～1：7。

吸波蜂窝材料的制备：

(3)将规格为300mm×300mm×10mm～300mm×300mm×20mm厚的蜂窝浸渍到上述步骤中制备的磁性氧化石墨烯吸收剂分散液中，在该操作过程中，将所述蜂窝在上述吸收剂分散液中浸渍8～12s。

(4)将浸渍有所述吸收剂浸渍液的所述蜂窝取出，在鼓风干燥箱中在120℃的温度下固化30min，制得所述吸波蜂窝材料。

将上述制得的磁性石墨烯基吸波蜂窝平板通过矢量网络分析仪进行反射率测试，测试过程中以300mm×300mm×5mm金属铝板为标准体，采用弓形架系统进行反射率测试。

实施例1

S1、将天然鳞片石墨通过Hummers方法氧化制得氧化石墨烯，取氧化石墨烯超声分散于乙二醇中，加入氯化铁、醋酸钠、乙二胺搅拌均匀后在反应釜中在200℃温度下通过8h的水热反应制备得到磁性氧化石墨烯吸收剂，吸收剂产物经60℃真空干燥12h。

S2、取上述制备好的磁性氧化石墨烯用丙酮分散并稀释，磁性氧化石墨烯吸收剂与有机溶剂的质量比为1：6，得到一定浓度稳定分散的磁性氧化石墨烯吸收剂分散液。

S3、将孔格边长为1.83mm的300mm×300mm×10mm厚蜂窝在磁性氧化石墨烯吸收剂分散液中浸渍10s，取出，在烘箱中在120℃的温度下固化30min，制得磁性石墨烯基吸波蜂窝材料。

实施例2

制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：

在S2中，磁性氧化石墨烯吸收剂与有机溶剂丙酮的质量比为1：7。

在S3中，将孔格边长为1.83mm的300mm×300mm×20mm厚蜂窝在磁性氧化石墨烯吸收剂分散液中浸渍，浸渍时间为12s。

实施例3

制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：

在S2中，磁性氧化石墨烯吸收剂与有机溶剂丙酮的质量比为1：5。

在S3中，将孔格边长为1.83mm的300mm×300mm×15mm厚蜂窝在磁性氧化石墨烯吸收剂分散液中浸渍，浸渍时间为8s。

实施例4

制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：

在S2中，所用有机溶剂为乙醇，磁性氧化石墨烯吸收剂与有机溶剂的质量比为1：6。

在S3中，浸渍时间为10s。

实施例5

制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：

在S3中，将孔格边长为2.75mm的300mm×300mm×10mm厚蜂窝在磁性氧化石墨烯吸收剂分散液中浸渍10s，取出，在烘箱中在120℃的温度下固化30min，制得磁性石墨烯基吸波蜂窝材料。

对实施例1至实施例5中所制备的磁性石墨烯基吸波蜂窝进行平板样件吸波性能测试，测试结果如下表1所示。

表1吸波性能测试结果

结果显示，上述实施例的技术方案所制备的吸波蜂窝材料在L波段的反射率均＜-5dB，全波段吸波性能优异，克服了现有技术中吸波蜂窝材料低频段吸波性能差的难点。

综上所述，本发明提供了一种磁性石墨烯基雷达波吸波蜂窝材料和一种吸波蜂窝及其制备方法，通过选用并制备新型磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂并分散、稀释、浸渍蜂窝结构芯材制得吸波蜂窝材料。磁性粒子与氧化石墨烯的结合提高了吸收剂阻抗匹配性，改善了吸收剂低频吸波效果，使得到的吸波蜂窝材料在低频具有低反射系数与较宽的有效吸波频带，解决了现有吸波材料低频L波段吸波效果差的问题，真正满足了吸波材料对“薄、轻、宽、强”特点的要求，可广泛应用于武器装备的隐身。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种磁性石墨烯基吸波蜂窝材料，其特征在于，它为磁性氧化石墨烯均匀分散于蜂窝芯材中形成的结构吸波材料；所得磁性石墨烯基吸波蜂窝材料在1-2GHz波段的反射率均＜-5dB，在2-18GHz波段的反射率＜-8dB，在27-40GHz波段的反射率均＜-14dB；所得磁性石墨烯基吸波蜂窝材料板材尺寸在300mm×300mm×10mm～300mm×300mm×20mm之间，蜂窝孔的边长为1.83～2.75mm。

2.如权利要求1所述的磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂；

S2、将磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂稳定地分散在有机溶剂中，形成吸收剂分散液；

S3、将蜂窝芯材放入步骤S2所得的吸收剂分散液中浸渍；

S4、干燥、固化浸渍好的蜂窝芯材，得到磁性石墨烯基吸波蜂窝材料。

3.如权利要求2所述的磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中先制备磁性氧化石墨烯，磁性氧化石墨烯的制备是以天然石墨鳞片为原料通过Hummers法氧化得到氧化石墨烯，所得氧化石墨烯再与乙二醇、FeCl₃、醋酸钠、乙二胺混合经水热反应，然后真空干燥，得到磁性氧化石墨烯吸收剂。

4.如权利要求3所述的磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180℃～200℃、时间为6h～12h；真空干燥的条件为60℃干燥12h。

5.如权利要求2或3所述的磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的有机溶剂包括丙酮、乙醇中的一种或两种组合；所述磁性氧化石墨烯雷达波吸收剂与有机溶剂的质量比为1:5～1:7。

6.如权利要求2或3所述的磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中蜂窝芯材在吸收剂分散液中浸渍的时间为8～12s。

7.如权利要求2或3所述的磁性石墨烯基吸波蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中干燥、固化温度为120℃、时间为30min。