CN215008588U

CN215008588U - 一种基于石墨烯膜的隐身材料

Info

Publication number: CN215008588U
Application number: CN202121201747.5U
Authority: CN
Inventors: 王凡; 卢广锋; 王飞
Original assignee: Hunan 2008 Advanced Technology Co ltd
Current assignee: Hunan 2008 Advanced Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2031-05-27

Abstract

本实用新型涉及隐身与防护材料技术领域，提出一种基于石墨烯膜的隐身材料，包括：红外反射膜(1)和石墨烯膜(3)，红外反射膜(1)覆盖在石墨烯膜(3)的第一面，该面作为隐身材料的内层。本实用新型的隐身和防护材料屏蔽频段广、屏蔽效果好，安全稳定。

Description

一种基于石墨烯膜的隐身材料

技术领域

本实用新型涉及隐身防护材料技术领域，更具体地，涉及一种基于石墨烯膜的隐身材料。

背景技术

随着军事高科技的迅猛发展，世界各国攻防体系的探测、跟踪能力也越来越强。因此，降低军用目标被发现概率的技术－－隐身与防护技术，成为世界各国极为重视的研究课题。在现有技术中，隐身和防护材料多为单频段或极少的多频段隐身和防护材料，例如美国专利US4116906、日本专利58-188198、中国专利CN 210321422 U等提供的均是单一以厘米波为主的或以毫米波为主的隐身和防护材料；专利CN111876046 A将隐身频段拓展至可见光-近红外-热红外-毫米波-厘米波多频谱，方法采用多涂层组装法，包含三色迷彩层、热辐射分流阻隔涂层、阻抗匹配过渡层、毫米波-厘米波雷达吸波层和与目标基体材料结构附着力强的三防涂层五层，能在恶劣环境下展现出优异的宽频谱隐身性能，但是这种层层组装的涂层存在一定的缺陷：

1)当某一层损坏时，目标就很快因暴露而牺牲；

2)层层组装后，每一层之间的附着力有限，使得隐身和防护材料的寿命受限；

3)整体设计上达不到整体伪装隐身效果。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成，理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料。石墨烯具有许多优异的物理化学性质，如石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达130GPa；其载流子迁移率1.5×104cm²·V^-1·s^-1，具有突出的导电性能；并且石墨烯具有室温量子霍尔效应和良好的铁磁性，具有良好的电磁吸收能力，加之优异的力学性能、质轻、柔软等特点，是一种高性能隐身和防护材料。如专利CN 108357161、CN107011540 A、CN 109005660 A等，制备的石墨烯材料具有密度小、分散性好、方法简便，可作为良好的高频电磁波吸收材料，但应用于军事隐身功能材料主要存在三个问题：

1)石墨烯复合材料趋肤深度大于金属基复合材料，电导率小于金属基复合材料，电磁波透过率高于金属基复合材料，导致效率偏低；

2)轻质，高强度，同一电磁波频段内的强隐身和屏蔽性能难以有效集成在一种材料内；

3)石墨烯基复合材料的实际作用频段范围无法同时覆盖近红外、红外和微波各频段，如CN 109005660 A、CN 108770326、CN 109056335 A，有效频段仅在6～18GHz。

高功率微波武器的应用，使电子战概念从传统的以阻止和削弱敌人对电磁频谱的有效利用为目的的“软杀伤”，拓展到以电磁能量为基础的“硬杀伤”。针对敌方的高功率微波武器的毁坏和干扰，军工武器的材料要做好防护。当前军事武器系统中(通信卫星、导航卫星、巡航导弹等)，广泛应用的各种大规模集成系统，对于高功率微波辐射脉冲来说是十分脆弱的目标。因此，开发一种高性能、宽领域武器装备电磁隐身及防护材料，是十分必要的。

实用新型内容

为了解决背景技术中的问题，本实用新型提出一种基于石墨烯膜的隐身及防护材料，包括：红外反射膜和石墨烯膜，红外反射膜覆盖在石墨烯膜的第一面，该面作为隐身和防护材料的内层。

可选地，所述的基于石墨烯膜的隐身及防护材料还包括：保护膜，其覆盖在石墨烯膜的第二面，第二面与第一面相对，作为隐身和防护材料的外层。

可选地，所述的基于石墨烯膜的隐身材料还包括：深绿涂料、中绿涂料和土黄涂料混合而成的三色迷彩层，所述三色迷彩层均匀喷涂在红外反射膜的内层。

可选地，所述的基于石墨烯膜的隐身材料还包括：吸波材料，所述吸波材料覆盖在红外反射膜的内层。

可选地，吸波材料采用角锥形铺贴方式覆盖在隐身和防护材料的内层。

可选地，吸波材料包括：聚氨酯软泡沫、发泡聚苯乙烯、聚丙烯和硅胶软磁材料。

可选地，石墨烯膜通过鳞片式、错落式或交叉式组装方法组装在一起。

可选地，石墨烯膜为氧化涂覆柔性人工石墨烯膜或聚酰亚胺石墨膜。

可选地，红外反射膜为铝膜，保护膜为聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜或聚酯膜。

可选地，铝膜通过磁控溅射法镀膜到石墨烯膜层，增强石墨烯膜层和铝膜层的结合力。

本实用新型的优点包括：

1)石墨烯膜的屏蔽范围宽，覆盖100MHz-18GHz。

2)磁控溅射镀铝膜到石墨烯膜，将材料的屏蔽隐身范围扩宽至红外。

3)利用金属膜反射、石墨烯膜吸收损耗、膜内空隙的多次反射，使入射的电磁波难以透过和返回，从而达到有效的隐身和防护，获得性能优异的宽频隐身和防护材料。

本实用新型的有益效果是：一方面，材料的屏蔽范围宽，屏蔽效果好，安全稳定，适用于红外、雷达和电子卫星反侦察隐身；另一方面，对宽频谱内的高功率电磁波辐射具有很高的吸收性，可以作为针对微波武器的防护层。本实用新型提供的隐身和防护材料质轻、柔性、性能好、机械强度高，可以根据需求定做给各种军事装备穿戴。

附图说明

为了更容易理解本实用新型，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本实用新型。这些附图只描绘了本实用新型的典型实施方式，不应认为对本实用新型保护范围的限制。

图1为基于石墨烯膜的隐身及防护材料的一个实施例的示意图。

图2为石墨烯膜采用鳞片式组装方法的示意图。

图3为本实用新型的隐身和防护材料的检测结果图。

附图标记

1-红外反射膜；2-保护膜；3-石墨烯膜；4-吸波海绵。

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的实施方式，以便于本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所列举的实施例不作为本实用新型的限定，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，其中相同的部件用相同的附图标记表示。

本实用新型的隐身和防护材料包括：红外反射膜1、石墨烯膜3(或人工石墨烯膜)和保护膜2。

红外反射膜1覆盖在人工石墨烯膜3的第一面，该面作为隐身和防护材料的内层。可选地，红外反射膜1通过离子溅射镀膜到人工石墨烯膜3上。红外反射膜1可以采用铝膜，铝膜对光的反射能力特别强，对可见光反射率达70～80％，红外线反射率75～100％。其中，离子溅射镀膜的方法如下：将人工石墨烯膜放在离子溅射仪的阳极上，将金属靶铝固定在正对阳极的阴极上，在真空下进行离子溅射，金属靶材料在含金属纳米粒子的人工石墨烯膜表面沉积成膜，即可得铝/人工石墨烯膜。

保护膜2覆盖在人工石墨烯膜3的第二面(第一面相对的背面)，第二面作为隐身和防护材料的外层，起保护作用。保护膜2可以采用聚四氟乙烯(PTFE)膜、聚乙烯(PE)膜、聚酯(PET)膜等具有一定刚性的保护膜，保护膜2具有环境友好、极强的化学惰性、不会脱落、抗紫外线、耐极端温度的特征。

优选地，在红外反射膜1的外层喷涂三色迷彩层，所述三色迷彩层包括深绿涂料、中绿涂料和土黄涂料，可有效抵抗可见光、近红外和热红外。可根据环境调整涂料的比例，以适应隐身环境。

人工石墨烯膜3可以采用氧化涂覆柔性人工石墨烯膜或聚酰亚胺石墨膜，能有效屏蔽100MHz～18GHz的雷达、卫星侦察。其中深绿涂料30％、中绿涂料30％和土黄涂料40％。

在一个实施例中，所述氧化涂覆柔性人工石墨烯膜的制备方法如下：首先，将石墨经Hummers法氧化剥离得到氧化石墨烯，将氧化石墨烯通过超声分散在溶剂中。然后，以光辊上涂布得到氧化人工石墨烯膜，将干燥后的氧化石墨烯薄膜置于高温石墨化炉内，在保护性气氛中高温还原得到人工石墨烯膜。还原反应结束后，自然降温至室温，得到柔性人工石墨烯膜。

在另一个实施例中，所述聚酰亚胺石墨膜的制备方法如下：

(1)高温分解：升温至500℃，聚酰亚胺开始发生高温分解反应，得到无断裂、层间无剥离、具有优良柔软性及耐弯曲性、具备各向异性及电磁屏蔽效果的碳素石墨薄膜。

(2)热处理和碳化处理：继续升温至1500～2000℃，对碳素石墨薄膜进行碳化处理，得到平整度良好的膜层无剥离、无翘曲的石墨碳化膜。

(3)石墨化处理：继续升温至2200℃，对石墨烯碳化膜进行石墨化处理，得到石墨结晶化石墨薄膜。制备得到的石墨薄膜有着超高的性，热传导系数达到1500W/m·K，有优良的柔软性及耐弯曲性，具备各向异性及良好的电界屏蔽效果和磁界屏蔽效果。

优选地，人工石墨烯膜3的制备材料中可以结合其他成分提高防辐射效果和膜的刚性，如在材料中增加金属、金属氧化物、金属纳米纤维、多孔碳纳米材料及其他高效吸波材料或者辐射屏蔽材料等。

优选地，本实用新型的隐身和防护材料的内层可以再设置一层吸波材料4，如聚氨酯软泡沫、发泡聚苯乙烯、聚丙烯等优质薄型泡沫材料，硅胶软磁材料，吸波海绵等。

优选地，所述吸波材料采用角锥形铺贴方式覆盖在隐身和防护材料的内层，能在较宽的波段具有良好的入射直角和斜角，提高吸波材料散射和隔离衰减效果。

另外，由于氧化涂覆柔性人工石墨烯膜和聚酰亚胺石墨膜的大小有限，故可以采用鳞片式、错落式、交叉式组装方法。图2显示了鳞片式组装方法，一片一片的人工石墨烯膜层层叠加，粘附在保护膜上，形成封闭空间，起到电磁屏蔽或吸收作用。如此，本实用新型的反侦察隐身和防护材料可以组装成大面积的材料，只要能组装成反侦察隐身设备形状，避免设备表面出现辐射漏洞，都可以使用。

当有条件制备大面积人工石墨烯膜时，也可以直接裁剪一整张需要隐身的设备大小的人工石墨烯膜，组成封闭空间，增强电磁屏蔽和微波吸收作用。

基于本实用新型提供的反侦察隐身和防护材料，质轻、柔性、机械强度高、屏蔽范围广、屏蔽效果好，对近红外、红外、雷达和侦察卫星的侦察具备优异的隐身功能，可以根据使用需求定制组装成各种设备的隐身装备，如战士隐身服，坦克、装甲车、碉堡、通讯设施、机场跑道、港口、桥梁等；基于其优异的电磁屏蔽和吸收效果，这类材料对宽频谱内的高功率电磁波辐射具有很高的吸收性，还可以作为针对微波武器的防护层。

而且，本实用新型的材料进行了屏蔽性能测试。测试方法为：采用矢量网络分析仪(ZNB-40，德国Rohde&Schwarz)用波导法测试样品的电磁屏蔽性能，测试结束输出S参数，然后再根据相关公式计算得到电磁屏蔽效能。测试条件：频率范围300MHz～18GHz，测试样品尺寸为2×2×0.5mm³。环境温度：(23±5)℃；测试过程中温度波动±2℃；环境相对湿度：40～80％。采用屏蔽效能(SE)评价反侦察隐身和防护材料的电磁屏蔽效果。SE＝10log(P_I/P_T)，其中P_I为入射电磁波的功率，P_T为发射波的功率。

测试结果如图3所示。从测试结果可以看出，人工石墨烯膜反侦察隐身和防护材料可以有效衰减电磁波，表现出优异的电磁屏蔽性能，其屏蔽效能最高达105dB，且在100MHz～18GHz都保持了较高的屏蔽吸收效能，证明人工石墨烯膜反侦察隐身和防护材料的屏蔽性能优异，在军事电磁屏蔽材料中有巨大的发展潜力。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式，本说明书使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，包括：红外反射膜(1)和石墨烯膜(3)，红外反射膜(1)覆盖在石墨烯膜(3)的第一面，该面作为隐身和防护材料的内层。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，还包括：保护膜(2)，其覆盖在石墨烯膜(3)的第二面，第二面与第一面相对，作为隐身和防护材料的外层。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，还包括：深绿涂料、中绿涂料和土黄涂料混合而成的三色迷彩层，所述三色迷彩层均匀喷涂在红外反射膜(1)的内层。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，还包括：吸波材料，所述吸波材料覆盖在红外反射膜(1)的内层。

5.根据权利要求4所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，吸波材料采用角锥形铺贴方式覆盖在隐身材料的内层。

6.根据权利要求4所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，吸波材料包括：聚氨酯软泡沫、发泡聚苯乙烯、聚丙烯和硅胶软磁材料。

7.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，石墨烯膜(3)通过鳞片式、错落式或交叉式组装方法组装在一起。

8.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，石墨烯膜(3)为氧化涂覆柔性石墨烯膜或聚酰亚胺人工石墨烯膜。

9.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，红外反射膜(1)为铝膜，保护膜(2)为聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜或聚酯膜。

10.根据权利要求9所述的基于石墨烯膜的隐身材料，其特征在于，红外反射膜(1)通过磁控溅射法镀膜到石墨烯膜(3)，以增强石墨烯膜层和铝膜层的结合力。