CN110398180A - 一种基于石墨烯超表面的反射式隐身装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，包括基质层，所述基质层的上表面铺设第一电介质层，所述第一电介质层的上表面铺设有石墨烯层，所述基质层的上表面固定连接有第一卡块，所述第一电介质层的内部开设有连接槽，所述石墨烯层的内部开设有连接孔，所述连接槽和连接孔均套设在第一卡块的外侧，所述石墨烯层的上表面铺设有第二电介质层，本发明涉及电磁波隐身技术领域。该基于石墨烯超表面的反射式隐身装置较于现有技术，反射式隐身装置采用了纳米吸波层和石墨烯层超表面两种入射波吸收和反射方法，可以进一步提高装置的反射隐身性能，同时石墨烯超表面通过改变内部电压来调节入射波在超表面内部的折射角度。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波隐身技术领域，具体为一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方装置。
背景技术
在现代科技中，隐身是控制目标的可观测性或控制目标特征信号的技巧和技术的结合，与隐身有关的术语还包括特征信号控制、降低雷达截面、特征信号互动、低可观测性、十分低可观测性等，目标特征信号是描述某种武器系统易被探测的一组特征，包括电磁、红外、可见光、声、烟雾和尾迹等6种特征信号，随着材料学的发展，各种用于隐身的材料种类也越来越多，石墨烯就是其中的一种，石墨烯在隐身技术中长采用超表面结构，超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料，超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。
现有的石墨烯超表面反射装置在使用时，反射的手段单一，反射效率低，并且石墨烯超表面内部的反射和折射角度固定，在入射波的角度改变时，其隐身质量会下降，并且装置在使用时，其内部的结构需要保持稳定，以提高入射波在结构之间传递时的稳定性。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，解决了现有的石墨烯超表面反射装置在使用时，反射的手段单一，反射效率低，并且石墨烯超表面内部的反射和折射角度固定，在入射波的角度改变时，其隐身质量会下降的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，具体包括如下步骤：
步骤一、在物品的上次依次铺装基质层、第一电介质层、石墨烯层、第二电介质层和纳米吸波层，然后将可控偏置电压装置与石墨烯层进行连接；
步骤二、电磁波在经过纳米吸波层时，会将大部分电磁波以透射波形式传递到石墨烯层中，同时一部分电磁波转换成热能和其他形式的能，热能和其他形式的能可以传递到装置内部中或者转移到空气中；
步骤三、投射波在进入石墨烯层中后，通过可控偏置电压装置调节石墨烯层的费米能，根据纳米吸波层所采用的材料，计算出纳米吸波层的电磁波吸收率，然后调节可控偏置电压装置的输出电压，根据需要将石墨烯层的费米能在可调节范围内进行调节，从而通过石墨烯层对投射波的强度和投射方向进行调整。
本发明还公开了一种基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，包括基质层，所述基质层的上表面铺设第一电介质层，所述第一电介质层的上表面铺设有石墨烯层，所述基质层的上表面固定连接有第一卡块，所述第一电介质层的内部开设有连接槽，所述石墨烯层的内部开设有连接孔，所述连接槽和连接孔均套设在第一卡块的外侧，所述石墨烯层的上表面铺设有第二电介质层，所述第二电介质层的下表面固定连接有第二卡块，所述第二卡块嵌入在连接孔的内部，所述第二电介质层的上表面附着有纳米吸波层。
优选的，所述第一卡块、连接槽、连接孔和第二卡块的尺寸和数量均相等，且第一卡块贯穿连接槽并且顶端位于连接孔的内部，所述第二卡块的底端位于连接孔的内部，且第二卡块与第一卡块之间保留有间距。
优选的，所述第一电介质层和第二电介质层均为一种二氧化硅材质的构件，且第一电介质层和第二电介质层的厚度为1.3nm。
优选的，所述石墨烯层与外部的可控偏置电压装置电性连接，且石墨烯层的厚度为2.1nm。
优选的，所述纳米吸波层由水热法制成，且纳米吸波层包括石墨烯层和三氧化二铁，所述纳米吸波层在水热法的加工程序中其主要材质为石墨烯，三氧化二铁附着在石墨烯的加层和表面上，并且三氧化二铁由处于高能状态的一钡铁氧化体经水热分解而成。
优选的，所述纳米吸波层的电磁波转换率采用公式进行计算，公式为：
A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)＝1-||²-||²，在公式中，R(ω)为纳米吸波层的反射率，T(ω)纳米吸波层的透射率，为石墨烯层的反射系数，为三氧化二铁材质的反射系数，为石墨烯层的投射系数，为三氧化二铁材质的反射系数。
优选的，所述基质层采用金属板和碳纤维膜组装而成，且基质层内部的金属板采用锌铝合金，锌铝合金的厚度为1.2cm。
（三）有益效果
本发明提供了一种基于石墨烯超表面的反射式隐身装置。具备以下有益效果：
（1）、该基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，通过第一电介质层的上表面铺设有石墨烯层，石墨烯层的上表面铺设有第二电介质层，第一电介质层和第二电介质层均为一种二氧化硅材质的构件，且第一电介质层和第二电介质层的厚度为1.3nm，第二电介质层的上表面附着有纳米吸波层，石墨烯层与外部的可控偏置电压装置电性连接，且石墨烯层的厚度为2.1nm，本发明相较于现有技术，反射式隐身装置采用了纳米吸波层和石墨烯层超表面两种入射波吸收和反射方法，可以进一步提高装置的反射隐身性能，同时石墨烯超表面通过改变内部电压来调节入射波在超表面内部的折射角度，实用性更强。
（2）、该基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，通过纳米吸波层由水热法制成，且纳米吸波层包括石墨烯层和三氧化二铁，纳米吸波层在水热法的加工程序中其主要材质为石墨烯，三氧化二铁附着在石墨烯的加层和表面上，并且三氧化二铁由处于高能状态的一钡铁氧化体经水热分解而成，基质层采用金属板和碳纤维膜组装而成，且基质层内部的金属板采用锌铝合金，锌铝合金的厚度为1.2cm，本装置中纳米吸波层可以接收更大角度的入射波，可以提高入射波进入装置的效率，并且纳米吸波层可以将部分入射波转为其他形式的能，从而可以进一步提升装置的隐形性能。
（3）、该基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，通过基质层的上表面固定连接有第一卡块，第一电介质层的内部开设有连接槽，石墨烯层的内部开设有连接孔，连接槽和连接孔均套设在第一卡块的外侧，第二电介质层的下表面固定连接有第二卡块，第二卡块嵌入在连接孔的内部，第一卡块、连接槽、连接孔和第二卡块的尺寸和数量均相等，且第一卡块贯穿连接槽并且顶端位于连接孔的内部，第二卡块的底端位于连接孔的内部，且第二卡块与第一卡块之间保留有间距，本装置内部的各层结构通过自身的卡块和卡槽进行连接，相较于现有技术稳定性更高，可以防止装置在使用时各层结构之间发生移动，导致隐形性能降低的问题，并且通过结构固定可以减少入射波在装置中传播的阻碍。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的结构分解示意图。
图中，1、基质层；2、第一电介质层；3、石墨烯层；4、第二电介质层；5、纳米吸波层；101、第一卡块；201、连接槽；301、连接孔；401、第二卡块。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将第一电介质层2的连接槽201对准锌铝合金材质基质层1的第一卡块101，然后将连接槽201套在第一卡块101的外侧，再将石墨烯层3的连接槽201套设到第一卡块101的外侧，随后将第二电介质层4的第二卡块401嵌入到石墨烯层3的连接孔301中，再将纳米吸波层5铺设到第二电介质层4的外表面上，随后将装置固定到待隐身的物品表面上，并且将外部的可控偏置电压装置与石墨烯层3电性连接；
步骤二、电磁波在经过纳米吸波层5时，会将大部分电磁波以透射波形式传递到石墨烯层3中，同时一部分电磁波转换成热能或者其他形式的能，热能和其他形式的能可以传递到装置内部中或者转移到空气中；
步骤三、投射波在进入石墨烯层3中后，通过可控偏置电压装置调节石墨烯层3的费米能，根据纳米吸波层5所采用的材料，计算出纳米吸波层5的电磁波吸收率，然后调节可控偏置电压装置的输出电压，根据需要将石墨烯层3的费米能在可调节范围内进行调节，从而通过石墨烯层3对投射波的强度和投射方向进行调整。
本发明还公开了一种基于石墨烯超表面的反射式隐身装置，包括基质层1，基质层1采用1.2cm厚度的锌铝合金，基质层1的上表面铺设第一电介质层2，第一电介质层2的上表面铺设有石墨烯层3，石墨烯层3与外部的可控偏置电压装置电性连接，且石墨烯层3的厚度为1.2nm，基质层1的上表面固定连接有第一卡块101，第一电介质层2的内部开设有连接槽201，石墨烯层3的内部开设有连接孔301，连接槽201和连接孔301均套设在第一卡块101的外侧，石墨烯层3的上表面铺设有第二电介质层4，第一电介质层2和第二电介质层4均为一种二氧化硅材质的构件，且第一电介质层2和第二电介质层4的厚度为1.5nm，第二电介质层4的下表面固定连接有第二卡块401，第二卡块401嵌入在连接孔301的内部，第一卡块101、连接槽201、连接孔301和第二卡块401的尺寸和数量均相等，且第一卡块101贯穿连接槽201并且顶端位于连接孔301的内部，第二卡块401的底端位于连接孔301的内部，且第二卡块401与第一卡块101之间保留有间距，本装置内部的各层结构通过自身的卡块和卡槽进行连接，相较于现有技术稳定性更高，可以防止装置在使用时各层结构之间发生移动，导致隐形性能降低的问题，并且通过结构固定可以减少入射波在装置中传播的阻碍，第二电介质层4的上表面附着有纳米吸波层5，本发明相较于现有技术，反射式隐身装置采用了纳米吸波层5和石墨烯层超表面两种入射波吸收和反射方法，可以进一步提高装置的反射隐身性能，同时石墨烯超表面通过改变内部电压来调节入射波在超表面内部的折射角度，实用性更强，纳米吸波层5由水热法制成，且纳米吸波层5包括石墨烯层和三氧化二铁，纳米吸波层5在水热法的加工程序中其主要材质为石墨烯，三氧化二铁附着在石墨烯的加层和表面上，并且三氧化二铁由处于高能状态的一钡铁氧化体经水热分解而成，纳米吸波层5的电磁波转换率采用公式进行计算，公式为：A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)＝1-||²-||²，在公式中，R(ω)为纳米吸波层5的反射率，T(ω)纳米吸波层5的透射率，为石墨烯层的反射系数，为三氧化二铁材质的反射系数，为石墨烯层的投射系数，为三氧化二铁材质的反射系数，本装置中纳米吸波层5可以接收更大角度的入射波，可以提高入射波进入装置的效率，并且纳米吸波层可以将部分入射波转为其他形式的能，从而可以进一步提升装置的隐形性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其使用方法包括如下步骤：
步骤一、将第一电介质层（2）的连接槽（201）对准锌铝合金材质基质层（1）的第一卡块（101），然后将连接槽（201）套在第一卡块（101）的外侧，再将石墨烯层（3）的连接槽（201）套设到第一卡块(101)的外侧，随后将第二电介质层（4）的第二卡块（401）嵌入到石墨烯层（3）的连接孔（301）中，再将纳米吸波层（5）铺设到第二电介质层（4）的外表面上，随后将装置固定到待隐身的物品表面上，并且将外部的可控偏置电压装置与石墨烯层（3）电性连接；
步骤二、电磁波在经过纳米吸波层（5）时，会将大部分电磁波以透射波形式传递到石墨烯层（3）中，同时一部分电磁波转换成热能或者其他形式的能，热能和其他形式的能可以传递到装置内部中或者转移到空气中；
步骤三、投射波在进入石墨烯层（3）中后，通过可控偏置电压装置调节石墨烯层（3）的费米能，所述石墨烯层（3）的费米能范围在0.7eV～1.3eV之间，根据纳米吸波层（5）所采用的材料，计算出纳米吸波层（5）的电磁波吸收率，然后调节可控偏置电压装置的输出电压，根据需要将石墨烯层（3）的费米能在可调节范围内进行调节，从而通过石墨烯层（3）对投射波的强度和投射方向进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其反射装置包括基质层（1），所述基质层（1）的上表面铺设第一电介质层（2），所述第一电介质层（2）的上表面铺设有石墨烯层（3），其特征在于：所述基质层（1）的上表面固定连接有第一卡块（101），所述第一电介质层（2）的内部开设有连接槽（201），所述石墨烯层（3）的内部开设有连接孔（301），所述连接槽（201）和连接孔（301）均套设在第一卡块（101）的外侧，所述石墨烯层（3）的上表面铺设有第二电介质层（4），所述第二电介质层（4）的下表面固定连接有第二卡块（401），所述第二卡块（401）嵌入在连接孔（301）的内部，所述第二电介质层（4）的上表面附着有纳米吸波层（5）。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其特征在于：所述第一卡块（101）、连接槽（201）、连接孔（301）和第二卡块（401）的尺寸和数量均相等，且第一卡块（101）贯穿连接槽（201）并且顶端位于连接孔（301）的内部，所述第二卡块（401）的底端位于连接孔（301）的内部，且第二卡块（401）与第一卡块（101）之间保留有间距。
4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其特征在于：所述第一电介质层（2）和第二电介质层（4）均为一种二氧化硅材质的构件，且第一电介质层（2）和第二电介质层（4）的厚度为0.5nm～2nm。
5.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其特征在于：所述石墨烯层（3）与外部的可控偏置电压装置电性连接，且石墨烯层（3）的厚度为0.5nm～2.3nm左右。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其特征在于：所述纳米吸波层（5）由水热法制成，且纳米吸波层（5）包括石墨烯层和三氧化二铁，所述纳米吸波层（5）在水热法的加工程序中其主要材质为石墨烯，三氧化二铁附着在石墨烯的加层和表面上，并且三氧化二铁由处于高能状态的一钡铁氧化体经水热分解而成。
7.根据权利要求6所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其特征在于：所述纳米吸波层（5）的电磁波转换率采用公式进行计算，公式为：
A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)＝1-||²-||²，在公式中，R(ω)为纳米吸波层（5）的反射率，T(ω)纳米吸波层（5）的透射率，为石墨烯层的反射系数，为三氧化二铁材质的反射系数，为石墨烯层的投射系数，为三氧化二铁材质的反射系数。
8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯超表面的反射式隐身方法，其特征在于：所述基质层（1）采用金属板和碳纤维膜组装而成，且基质层（1）内部的金属板采用铝材质板、铅材质板、铜材质板和金材质板中的一种或多种。
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