CN111070818B - 一种手性蜂窝结构吸波材料 - Google Patents

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Abstract

本申请属于隐身材料技术领域，特别涉及一种手性蜂窝结构吸波材料，包括由上至下以此层叠的：透波层，采用复合纤维材料制成，且具有第一预定尺寸；吸波层，采用磁微米线材料制成，且成手性蜂窝结构，具有第二预定尺寸；反射层，采用金属制成，且具有第三预定尺寸。本申请的手性蜂窝结构吸波材料，采用新型吸波介质的非常规结构的手性蜂窝状吸波结构，通过增加透波层实现阻抗匹配，减少电磁能量反射，再充分利用结构引起入射电磁波极化与磁化，通过吸波介质损耗作用，实现对2GHz‑18GHz电磁波的良好吸收效果，达到电磁兼容屏蔽或隐身的效果。

Description

一种手性蜂窝结构吸波材料
技术领域
本申请属于隐身材料技术领域，特别涉及一种手性蜂窝结构吸波材料。
背景技术
现阶段蜂窝状结构吸波材料都采用正蜂窝结构，其结构并未引起入射电磁波最大损耗，其隐身特性或屏蔽特性有限。传统吸波材料在需抗匹配设计上存在欠缺，使电磁能量不能全部进入吸波介质内部，导致大量电磁能量被反射，降低其吸波性能。并且其蜂窝结构的材料多为碳纳米管或铁氧体等常规吸波材料，虽然工艺技术成熟，但也具备相应缺点，例如铁氧体存在密度大、高温特性差等缺点，而碳纳米管对生物具有一定毒性，在应用领域受到一定限制。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种手性蜂窝结构吸波材料。
本申请公开了一种手性蜂窝结构吸波材料，包括由上至下以此层叠的：
透波层，采用复合纤维材料制成，且具有第一预定尺寸；
吸波层，采用磁微米线材料制成，且成手性蜂窝结构，具有第二预定尺寸；
反射层，采用金属制成，且具有第三预定尺寸。
根据本申请的至少一个实施方式，所述透波层的复合纤维材料为含1％碳纤维的碳纤维与玻璃纤维复合纤维毡。
根据本申请的至少一个实施方式，所述吸波层的磁微米线材料为30wt％磁微米线。
根据本申请的至少一个实施方式，所述反射层的金属材料为铝箔。
根据本申请的至少一个实施方式，所述手性蜂窝结构吸波材料的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、13mm；其中
所述透波层的第一预定尺寸中的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、3mm；
所述吸波层的第二预定尺寸中的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、9mm；
所述反射层的第三预定尺寸中的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、1mm。
根据本申请的至少一个实施方式，所述吸波层的手性蜂窝结构的一个结构单元中，壁厚为0.5mm，内壁边长为6mm，孔半径为2mm。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的手性蜂窝结构吸波材料，采用新型吸波介质的非常规结构的手性蜂窝状吸波结构，通过增加透波层实现阻抗匹配，减少电磁能量反射，再充分利用结构引起入射电磁波极化与磁化，通过吸波介质损耗作用，实现对2GHz-18GHz电磁波的良好吸收效果，达到电磁兼容屏蔽或隐身的效果。
附图说明
图1是本申请三层结构层合板结构吸波材料设计阶段的结构示意图；
图2是不同材料吸波特性比较；
图3是30wt％磁微米线吸波特性；
图4是本申请三层结构层合板结构吸波材料结构示意图；
图5是手性蜂窝结构；
图6是手性蜂窝结构其中一个单元的具体结构示意图；
图7是手性蜂窝结构吸波材料吸波特性。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1-图7对本申请的手性蜂窝结构吸波材料做进一步详细说明。
首先，从电磁学理论入手，分析材料的介电常数与磁导率对入射电磁波的损耗特性的影响，梳理不同材料的介电常数与磁导率，对比不同材料损耗角正切，已选定数种不同于传统吸波介质的新型材料。本发明选定的吸波材料为：5wt％磁微米线、30wt％磁微米线、螺旋碳纤维，手性碳纤维。
进一步，验证所选定数种新型材料对电磁波损耗性能，设计三层结构层合板结构吸波材料，如图1所示，第一层为透波层，尺寸为100mm×100mm×3.2mm，材料为添加了一定量乙炔碳黑的环氧玻璃钢；第二层为损耗层，材料为吸波介质，尺寸为100mm×100mm×3.2mm；第三层为反射层，尺寸为100mm×100mm×2mm，材料为铝箔。分别设定吸波层介质为选定4种新型吸波材料，通过时域有限积分算法计算评估各材料吸波特性，利用衡量目标隐身特性的参数雷达散射截面(RCS)来衡量吸波材料吸波特性，所选定4新型吸波材料与3种传统吸波材料的吸波特性比较如图2所示。通过对比分析，选定30wt％磁微米线为本发明设计的蜂窝结构吸波材料采用的吸波介质，其吸波特性如图3所示。
综上，得到本申请公开了一种手性蜂窝结构吸波材料，包括由上至下以此层叠的透波层、吸波层以及反射层。
透波层采用复合纤维材料制成，且具有第一预定尺寸；本实施例中，优选材料为含1％碳纤维的碳纤维-玻璃纤维复合纤维毡。
吸波层，采用磁微米线材料制成，且成手性蜂窝结构(如图5所示)，具有第二预定尺寸；本实施例中，优选手性蜂窝结构材料为30wt％磁微米线。
反射层，采用金属制成，且具有第三预定尺寸；本实施例中，优选金属材料为铝箔。
进一步，设定吸波层蜂窝结构的不同厚度、内壁边长、壁厚、内径，评估其对电磁能量的损耗效应。通过改变吸波层和透波层厚度，实现两层之间的阻抗匹配，有效使电磁能量进入吸波层进行损耗吸收。采用时域有限积分算法结算不同结构的吸波材料的吸波特性，进而对比分析设计出吸波性能最佳的手性蜂窝状结构吸波材料。
最后，根据应用领域需求分析，设定设计目标为15mm厚度以内。为此，以设计手性蜂窝结构隐身蒙皮尺寸(长度、宽度、厚度)为100mm×100mm×13mm为例，由透波层、吸波层、反射层总共三层组成。透波层尺寸为100mm×100mm×3mm；吸波层尺寸为100mm×100mm×9mm，手性蜂窝结构一个结构单元中(如图6所示)，壁厚0.5mm、内壁边长6mm、孔半径2mm的；反射层尺寸为100mm×100mm×1mm。
最终，其吸波特性如图7所示，可有效对入射电磁波进行损耗吸收。
综上所述，本申请的手性蜂窝结构吸波材料，采用新型吸波介质的非常规结构的手性蜂窝状吸波结构，通过增加透波层实现阻抗匹配，减少电磁能量反射，再充分利用结构引起入射电磁波极化与磁化，通过吸波介质损耗作用，实现对2GHz-18GHz电磁波的良好吸收效果，达到电磁兼容屏蔽或隐身的效果。
相比传统吸波材料本发明设计的手性蜂窝结构力学性能较好，可承受载荷，蜂窝结构又可以有效减轻结构重量，通过节省材料，进而又可实现节约成本，特殊的手性蜂窝结构和磁微米线具备较强的吸波能力，应用前景广泛。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种手性蜂窝结构吸波材料，其特征在于，包括由上至下以此层叠的：
透波层，采用复合纤维材料制成，且具有第一预定尺寸；
吸波层，采用磁微米线材料制成，且成手性蜂窝结构，具有第二预定尺寸；
反射层，采用金属制成，且具有第三预定尺寸；
所述透波层的复合纤维材料为含1％碳纤维的碳纤维与玻璃纤维复合纤维毡；
所述吸波层的磁微米线材料为30wt％磁微米线；
所述反射层的金属材料为铝箔。
2.根据权利要求1所述的手性蜂窝结构吸波材料，其特征在于，所述手性蜂窝结构吸波材料的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、13mm；其中
所述透波层的第一预定尺寸中的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、3mm；
所述吸波层的第二预定尺寸中的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、9mm；
所述反射层的第三预定尺寸中的长度、宽度以及厚度尺寸分别为100mm、100mm、1mm。
3.根据权利要求2所述的手性蜂窝结构吸波材料，其特征在于，所述吸波层的手性蜂窝结构的一个结构单元中，壁厚为0.5mm，内壁边长为6mm，孔半径为2mm。
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