[发明专利]吸波超材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸波材料领域，尤其是涉及具有优良吸波性能的超材料。

背景技术

超材料一般包括绝缘电解质和导电微结构，因此超材料要求基板具有高电阻特性，就是其中的导电材料不能构成连通相；另外，还要求能够实现金属微结构的加工，覆铜等（现有工艺）。而传统的吸波材料不能满足超材料的需求。目前超材料吸波材料的设计人员选用FR4和F4B等印刷电路板来设计，因而限制了超材料吸波材料的发展。

“薄、轻、宽、强”等为吸波材料的整体发展需求，本专利选用纳米多孔硅石气凝胶材料为载体，将铁基材料沉积到气凝胶表面，以提高铁基材料表面原子比例；通过铁基材料与气凝胶比例的控制，降低复合材料密度，同时为铁基材料提供吸波通道；通过表面包覆来阻止铁的氧化、提高电阻率等。以氰酸酯为粘结剂，通过添加剂控制铁基磁性颗粒分散的均匀性，制备均质的具有较高电阻率的气凝胶/铁基复合超材料基板，并结合基板的吸波基板的吸波性能，利用超材料设计优化，实现超材料宽频率和高强度吸波，以适应“薄、轻、宽、强”的吸波材料发展需求。

现有电磁基板多是采用FR4等级材料为吸波材料基板这类材料基板往往没有吸波功能，且质量重。

 磁性金属微粉吸波材料主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等方式吸收电磁波，具有居里温度高、温度稳定性好、磁化强度高、微波磁导率较大等优点, 因此在吸波材料领域得到广泛应用。 但是由于磁性金属微粉的密度大, 抗氧化、耐酸碱能力差，填充率较低，电阻率低，介电常数较高等原因。在现有的一些技术中，尽管也提及到了金属基材料是气凝胶等概念，但是其金属基材料是气凝胶网络的形成体，如果还原就造成网络塌陷，空隙消失等。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有良好吸波特性的超材料。

为实现所述目的，本发明采用的技术方案为：

一种吸波超材料，包括组分和体积百分数：

间规聚苯乙烯          30-90%；

气凝胶                7-69%；

磁性金属粉末          1-33%；

各组分之和为100%。  

进一步的，所述吸波材料还可以含有体积分数为0-50%的纤维。   

所述的气凝胶优选为硅石气凝胶；所述的磁性金属粉末优选为铁、钴、镍粉末或有机金属粉末，或者为铁、钴、镍中的任意两种或三种形成的合金粉末或有机合金粉末。

所述的间规聚苯乙烯优选为注塑级间规聚苯乙烯。

进一步的：各组分的体积百分数为：

间规聚苯乙烯     42-80%；

气凝胶           20-50%；

磁性金属粉末     8-25%。  

硅石气凝胶是以纳米粒子聚集并以空气为分散介质形成的非晶固体材料，具有超高比表面积和纳米多孔等特性，比表面积可达500-1200m²/g，孔隙率可以达到80%-99.8%，孔径一般为1-100nm。因其半透明的色彩和超轻重量，又被称为“固态烟”。因其独特的纳米多孔特征，又具有良好的绝缘特性和阻燃特性，使气凝胶广泛应用于隔热材料、隔音材料、催化剂、吸附剂、声阻抗祸合材料、切仑可夫探测器、宇宙尘埃搜集器、药物缓释材料等。

间规聚苯乙烯（SPS）具有间规构型结构的聚苯乙烯。保留了无规聚苯乙烯的低密度和容易成型的优点，但熔点高达270℃，有很高的耐热性。

本发明的另一目的在于提供一种吸波超材料的制备方法。

一种吸波超材料的制备方法，包括步骤：

A）采用正硅酸乙酯或水玻璃或硅溶胶为硅源，溶液形成二氧化硅凝胶；

B）通过超临界干燥法或常压干燥法将步骤A）所述凝胶制成硅石气凝胶粉体；

C）将步骤B）所述硅石气凝胶粉体加入混合至含有金属粉末或有机金属粉末的有机溶剂中，吸附纳米金属颗粒，制得硅石气凝胶/金属粉末或有机金属粉末粉体；

D）将步骤C）制得的粉体进行间规聚苯乙烯渗透处理，制得吸波超材料。

进一步的是：还包括步骤：

E）在制得的吸波超材料进行表面金属处理，并将电镀后的表面蚀刻出一定形状和排布规律的金属微结构。

本发明也可以采用另外一种制备方法，包括步骤：

A）采用正硅酸乙酯或水玻璃或硅溶胶为硅源，溶液形成二氧化硅溶胶；

B）在二氧化硅溶胶中加入金属粉末或有机金属粉末，制得二氧化硅金属粉末或有机金属粉末凝胶；