CN110713704A - 一种超材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超材料及其制备方法，包括导电几何结构和非金属基材，导电几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉20‑30份、金属粉10‑20份、碳纤维10‑20份和金属纤维10‑20份，非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯50‑60份、复合填料10‑20份、增韧剂3‑5份、固化剂3‑5份、抗静电剂3‑5份和阻燃剂3‑5份，本发明涉及材料技术领域。该超材料及其制备方法，可实实现通过将金属材料嵌入基材中，使基材包裹住金属材料，来保证超材料的正常使用，达到了通过增强基料的韧性和耐磨性，来延长超材料使用寿命的目的，大大提高了超材料的自保护性能，避免了金属结构从基材上分离脱落，导致超材料不能正常使用的情况发生，从而保证了超材料的长期使用。

Description

一种超材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体为一种超材料及其制备方法。

背景技术

超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)，近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注，目前，基于超材料实验成果，展开的产品转化步伐也在加快，像超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通信天线、无人机雷达和声学隐身技术等产品研发和利用，已经成为各国竞争的焦点。

目前的金属网格复合式超材料在制备过程中，大多是先将基料加工完成后，再将金属结构通过烧结或者粘合的方式与基料进行组合，然而，这样的生产方法得到的超材料使用寿命较短，自保护性能较差，经常出现金属结构从基材上分离脱落，导致超材料不能正常使用，不能实现通过将金属材料嵌入基材中，使基材包裹住金属材料，来保证超材料的正常使用，无法达到通过增强基料的韧性和耐磨性，来延长超材料使用寿命的目的，从而给超材料的使用带来极大的不便。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种超材料及其制备方法，解决了现有的生产方法得到的超材料使用寿命较短，自保护性能较差，经常出现金属结构从基材上分离脱落，导致超材料不能正常使用，不能实现通过将金属材料嵌入基材中，使基材包裹住金属材料，来保证超材料的正常使用，无法达到通过增强基料的韧性和耐磨性，来延长超材料使用寿命目的的问题。

(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：一种超材料，包括导电几何结构和非金属基材，所述导电几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉20-30份、金属粉10-20份、碳纤维10-20份和金属纤维10-20份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯50-60份、复合填料10-20份、增韧剂3-5份、固化剂3-5份、抗静电剂3-5份和阻燃剂3-5份。

优选的，所述几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉25份、金属粉15份、碳纤维15份和金属纤维15份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯55份、复合填料15份、增韧剂4份、固化剂4份、抗静电剂4份和阻燃剂4份。

优选的，所述几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉20份、金属粉10份、碳纤维10份和金属纤维10份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯50份、复合填料20份、增韧剂5份、固化剂5份、抗静电剂5份和阻燃剂5份。

优选的，所述几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉30份、金属粉20份、碳纤维20份和金属纤维20份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯60份、复合填料10份、增韧剂3份、固化剂3份、抗静电剂3份和阻燃剂3份。

优选的，所述金属粉是选用铜粉，且金属纤维是选用锰铜合金纤维。

优选的，所述复合填料为云母粉、滑石粉或硫酸钡中的一种或多种的组合。

优选的，所述增韧剂为聚硫橡胶、丙烯酸酯或聚丁二烯中的一种或多种组合，且固化剂为氨乙基哌嗪或乙二胺中的一种。

优选的，所述抗静电剂为烷基磺酸钠，且阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝中的一种。

本发明还公开了一种超材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的镍包石墨粉、金属粉、碳纤维、金属纤维、聚碳酸酯、复合填料、增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂，并将量取的各组分通过存储设备进行保存备用；

S2、混合熔料的制备：将步骤S1称量的金属粉和金属纤维依次加入到熔料设备中，然后升温，使金属粉和金属纤维溶化混合，之后降温，将量取的镍包石墨粉和碳纤维加入到熔炉内，煅烧混合10-15mnin，即可得到混合熔料；

S3、导电几何结构的成形：将步骤S2制得的混合熔料注入成形模具中，然后通过冷却机构将模具中的熔料快速冷却，之后开模取出胚料，依次经过切削、打磨、表面处理、清洗和烘干，从而得到导电几何结构；

S4、非金属基材原料的配制：将步骤S1量取的聚碳酸酯和复合填料依次倒入混合设备中，然后加入有机溶剂，使复合填料与有机溶剂之间进行充分混合，之后再将量取的增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂分别加入到混合设备中，以转速为800-1000r/min，温度为26-33℃的条件下搅拌1-2h，从而得到基材原料；

S5、超材料的冷压成形：将步骤S3得到的导电几何结构置于成形模具中，然后将步骤S4制得的非金属基材原料倒入模具中，通过冷压成形，从而使非金属基材原料在导电几何结构的外表面固化成形，从而得到所需超材料。

(三)有益效果

本发明提供了一种超材料及其制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该超材料及其制备方法，包括导电几何结构和非金属基材，所述导电几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉20-30份、金属粉10-20份、碳纤维10-20份和金属纤维10-20份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯50-60份、复合填料10-20份、增韧剂3-5份、固化剂3-5份、抗静电剂3-5份和阻燃剂3-5份，可实现通过将金属材料嵌入基材中，使基材包裹住金属材料，来保证超材料的正常使用，很好的达到了通过增强基料的韧性和耐磨性，来延长超材料使用寿命的目的，大大提高了超材料的自保护性能，很好的避免了金属结构从基材上分离脱落，导致超材料不能正常使用的情况发生，从而保证了超材料的长期使用。

(2)、该超材料及其制备方法，具体包括以下步骤：S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的镍包石墨粉、金属粉、碳纤维、金属纤维、聚碳酸酯、复合填料、增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂，并将量取的各组分通过存储设备进行保存备用，S2、混合熔料的制备：将步骤S1称量的金属粉和金属纤维依次加入到熔料设备中，然后升温，使金属粉和金属纤维溶化混合，之后降温，将量取的镍包石墨粉和碳纤维加入到熔炉内，煅烧混合10-15mnin，即可得到混合熔料，S3、导电几何结构的成形：将步骤S2制得的混合熔料注入成形模具中，然后通过冷却机构将模具中的熔料快速冷却，之后开模取出胚料，依次经过切削、打磨、表面处理、清洗和烘干，从而得到导电几何结构，S4、非金属基材原料的配制：将步骤S1量取的聚碳酸酯和复合填料依次倒入混合设备中，然后加入有机溶剂，使复合填料与有机溶剂之间进行充分混合，之后再将量取的增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂分别加入到混合设备中，以转速为800-1000r/min，温度为26-33℃的条件下搅拌1-2h，从而得到基材原料，S5、超材料的冷压成形：将步骤S3得到的导电几何结构置于成形模具中，然后将步骤S4制得的非金属基材原料倒入模具中，通过冷压成形，从而使非金属基材原料在导电几何结构的外表面固化成形，从而得到所需超材料，可实现采用简单的生产工艺进行超材料的生产，无需花费生产企业大量的人力物力，节约了生产资源。

附图说明

图1为本发明制备方法的流程图。

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，本发明实施例提供三种技术方案：一种超材料的制备方法，具体包括以下实施例：

实施例1

S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的25份镍包石墨粉、15份金属粉、15份碳纤维、15份金属纤维、55份聚碳酸酯、15份复合填料、4份增韧剂、4份固化剂、4份抗静电剂和4份阻燃剂，并将量取的各组分通过存储设备进行保存备用，金属粉是选用铜粉，且金属纤维是选用锰铜合金纤维，复合填料为云母粉、滑石粉和硫酸钡的组合物，增韧剂为聚硫橡胶、丙烯酸酯和聚丁二烯的组合物，且固化剂为氨乙基哌嗪，抗静电剂为烷基磺酸钠，且阻燃剂为三氧化二锑；

S2、混合熔料的制备：将步骤S1称量的金属粉和金属纤维依次加入到熔料设备中，然后升温，使金属粉和金属纤维溶化混合，之后降温，将量取的镍包石墨粉和碳纤维加入到熔炉内，煅烧混合13mnin，即可得到混合熔料；

S3、导电几何结构的成形：将步骤S2制得的混合熔料注入成形模具中，然后通过冷却机构将模具中的熔料快速冷却，之后开模取出胚料，依次经过切削、打磨、表面处理、清洗和烘干，从而得到导电几何结构；

S4、非金属基材原料的配制：将步骤S1量取的聚碳酸酯和复合填料依次倒入混合设备中，然后加入有机溶剂，使复合填料与有机溶剂之间进行充分混合，之后再将量取的增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂分别加入到混合设备中，以转速为900r/min，温度为30℃的条件下搅拌1.5h，从而得到基材原料；

S5、超材料的冷压成形：将步骤S3得到的导电几何结构置于成形模具中，然后将步骤S4制得的非金属基材原料倒入模具中，通过冷压成形，从而使非金属基材原料在导电几何结构的外表面固化成形，从而得到所需超材料。

实施例2

S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的20-份镍包石墨粉、10份金属粉、10份碳纤维、10份金属纤维、50份聚碳酸酯、20份复合填料、5份增韧剂、5份固化剂、5份抗静电剂和5份阻燃剂，并将量取的各组分通过存储设备进行保存备用，金属粉是选用铜粉，且金属纤维是选用锰铜合金纤维，复合填料为云母粉，增韧剂为聚硫橡胶，且固化剂为乙二胺，抗静电剂为烷基磺酸钠，且阻燃剂为氢氧化镁；

S2、混合熔料的制备：将步骤S1称量的金属粉和金属纤维依次加入到熔料设备中，然后升温，使金属粉和金属纤维溶化混合，之后降温，将量取的镍包石墨粉和碳纤维加入到熔炉内，煅烧混合10mnin，即可得到混合熔料；

S3、导电几何结构的成形：将步骤S2制得的混合熔料注入成形模具中，然后通过冷却机构将模具中的熔料快速冷却，之后开模取出胚料，依次经过切削、打磨、表面处理、清洗和烘干，从而得到导电几何结构；

S4、非金属基材原料的配制：将步骤S1量取的聚碳酸酯和复合填料依次倒入混合设备中，然后加入有机溶剂，使复合填料与有机溶剂之间进行充分混合，之后再将量取的增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂分别加入到混合设备中，以转速为800r/min，温度为26℃的条件下搅拌1h，从而得到基材原料；

S5、超材料的冷压成形：将步骤S3得到的导电几何结构置于成形模具中，然后将步骤S4制得的非金属基材原料倒入模具中，通过冷压成形，从而使非金属基材原料在导电几何结构的外表面固化成形，从而得到所需超材料。

实施例3

S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的30份镍包石墨粉、20份金属粉、20份碳纤维、20份金属纤维、60份聚碳酸酯、10份复合填料、3份增韧剂、3份固化剂、3份抗静电剂和3份阻燃剂，并将量取的各组分通过存储设备进行保存备用，金属粉是选用铜粉，且金属纤维是选用锰铜合金纤维，复合填料为硫酸钡，增韧剂为聚丁二烯，且固化剂为氨乙基哌嗪，抗静电剂为烷基磺酸钠，且阻燃剂为氢氧化铝；

S2、混合熔料的制备：将步骤S1称量的金属粉和金属纤维依次加入到熔料设备中，然后升温，使金属粉和金属纤维溶化混合，之后降温，将量取的镍包石墨粉和碳纤维加入到熔炉内，煅烧混合15mnin，即可得到混合熔料；

S3、导电几何结构的成形：将步骤S2制得的混合熔料注入成形模具中，然后通过冷却机构将模具中的熔料快速冷却，之后开模取出胚料，依次经过切削、打磨、表面处理、清洗和烘干，从而得到导电几何结构；

S4、非金属基材原料的配制：将步骤S1量取的聚碳酸酯和复合填料依次倒入混合设备中，然后加入有机溶剂，使复合填料与有机溶剂之间进行充分混合，之后再将量取的增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂分别加入到混合设备中，以转速为1000r/min，温度为33℃的条件下搅拌2h，从而得到基材原料；

S5、超材料的冷压成形：将步骤S3得到的导电几何结构置于成形模具中，然后将步骤S4制得的非金属基材原料倒入模具中，通过冷压成形，从而使非金属基材原料在导电几何结构的外表面固化成形，从而得到所需超材料。

综上所述

本发明可实现通过将金属材料嵌入基材中，使基材包裹住金属材料，来保证超材料的正常使用，很好的达到了通过增强基料的韧性和耐磨性，来延长超材料使用寿命的目的，大大提高了超材料的自保护性能，很好的避免了金属结构从基材上分离脱落，导致超材料不能正常使用的情况发生，从而保证了超材料的长期使用。

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 (9)

1.一种超材料，其特征在于：包括导电几何结构和非金属基材，所述导电几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉20-30份、金属粉10-20份、碳纤维10-20份和金属纤维10-20份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯50-60份、复合填料10-20份、增韧剂3-5份、固化剂3-5份、抗静电剂3-5份和阻燃剂3-5份。

2.根据权利要求1所述的一种超材料，其特征在于：所述几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉25份、金属粉15份、碳纤维15份和金属纤维15份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯55份、复合填料15份、增韧剂4份、固化剂4份、抗静电剂4份和阻燃剂4份。

3.根据权利要求1所述的一种超材料，其特征在于：所述几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉20份、金属粉10份、碳纤维10份和金属纤维10份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯50份、复合填料20份、增韧剂5份、固化剂5份、抗静电剂5份和阻燃剂5份。

4.根据权利要求1所述的一种超材料，其特征在于：所述几何结构的原料按重量比份包括：镍包石墨粉30份、金属粉20份、碳纤维20份和金属纤维20份，且非金属基材的原料按重量比份包括：聚碳酸酯60份、复合填料10份、增韧剂3份、固化剂3份、抗静电剂3份和阻燃剂3份。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超材料，其特征在于：所述金属粉是选用铜粉，且金属纤维是选用锰铜合金纤维。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超材料，其特征在于：所述复合填料为云母粉、滑石粉或硫酸钡中的一种或多种的组合。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超材料，其特征在于：所述增韧剂为聚硫橡胶、丙烯酸酯或聚丁二烯中的一种或多种组合，且固化剂为氨乙基哌嗪或乙二胺中的一种。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超材料，其特征在于：所述抗静电剂为烷基磺酸钠，且阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝中的一种。

9.一种根据权利要求1-4任意一项所述的超材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、原料的选取和称量：首先通过称量设备分别量取所需重量比份的镍包石墨粉、金属粉、碳纤维、金属纤维、聚碳酸酯、复合填料、增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂，并将量取的各组分通过存储设备进行保存备用；

S2、混合熔料的制备：将步骤S1称量的金属粉和金属纤维依次加入到熔料设备中，然后升温，使金属粉和金属纤维溶化混合，之后降温，将量取的镍包石墨粉和碳纤维加入到熔炉内，煅烧混合10-15mnin，即可得到混合熔料；

S3、导电几何结构的成形：将步骤S2制得的混合熔料注入成形模具中，然后通过冷却机构将模具中的熔料快速冷却，之后开模取出胚料，依次经过切削、打磨、表面处理、清洗和烘干，从而得到导电几何结构；

S4、非金属基材原料的配制：将步骤S1量取的聚碳酸酯和复合填料依次倒入混合设备中，然后加入有机溶剂，使复合填料与有机溶剂之间进行充分混合，之后再将量取的增韧剂、固化剂、抗静电剂和阻燃剂分别加入到混合设备中，以转速为800-1000r/min，温度为26-33℃的条件下搅拌1-2h，从而得到基材原料；

S5、超材料的冷压成形：将步骤S3得到的导电几何结构置于成形模具中，然后将步骤S4制得的非金属基材原料倒入模具中，通过冷压成形，从而使非金属基材原料在导电几何结构的外表面固化成形，从而得到所需超材料。

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