[发明专利]一种碳纳米管薄膜频率选择表面

说明书

技术领域

本发明涉及频率选择表面技术领域，特别的涉及一种碳纳米管薄膜频率选择表面。

背景技术

频率选择表面(FrequencySelectiveSurfaces，简称FSS)是一种二维周期阵列结构，就其本质而言是一个空间滤波器，由相同的单元在二维方向上有规律的间隔排列构成。FSS具有特定的频率选择作用而被广泛地应用于微波、红外至可见光波段。频率选择表面包括贴片类形和开槽类形。贴片类形是通过在介质表面周期性布满同样的金属贴片获得，一般而言是作为带阻形滤波器使用，能起到低频透射，高频反射的作用。开槽类形是通过在金属板上周期性的开设槽孔得到，从频率特性角度分类属于带通形频率选择表面，能起到低频反射，高频透射的作用。

随着高性能纤维增强树脂(FiberReinforcedPolymer，简称FRP)复合材料具有的广泛应用，越来越多的FRP复合材料用于雷达罩、天线等与电磁波相关的结构，因此将FSS用于FRP复合材料及其构件的表面也越来越多。现有的FSS多为金属材质。当将金属FSS粘接到FRP复合材料表面后，二者热膨胀系数相差较大，易产生热失配问题。环境温度剧烈变化时，金属FSS在FRP复合材料表面会严重变形甚至脱落。而在海洋等特殊环境下，金属FSS易受到存在腐蚀严重等问题。此外，大形雷达等装置如果仅使用金属FSS则会导致结构增重过大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管薄膜频率选择表面，本发明主要解决了现有技术中金属FSS应用于FRP及其结构所带来的热失配、易腐蚀和结构增重的技术问题。

本发明提供一种碳纳米管薄膜频率选择表面，包括衬底和设置于衬底上的碳纳米管薄膜层，衬底为FRP复合材料；碳纳米管薄膜层为周期性开孔的碳纳米管薄膜。通过在FRP复合材料表面设置碳纳米管薄膜层，替代原先常用的金属，能提高所得FSS对急剧变化温度的适应能力，减少热失配情况的出现。同时碳纳米管质量轻，导电能力高于多种金属，因而能更好的适应FSS的需要。碳纳米管质量轻、耐腐蚀，制得的FSS可以适应海洋等腐蚀严重环境的需要，FSS的重量也得到减轻。提高了所得FSS的适用范围。碳纳米管薄膜层可以是纯碳纳米管制成的导电薄膜。也可以是掺杂了其他组分材料后导电能力得到提高的的碳纳米管复合膜，例如掺杂了碳纳米管的碳纳米管/碳纳米管复合导电膜或掺杂了金属纳米颗粒的碳纳米管复合导电膜等均可。开孔可以为十字形通孔、Y字形通孔、方孔或圆孔中任一。但不局限于这些单元。

此处所用碳纳米管薄膜可以为单壁或多壁碳纳米管，碳纳米管薄膜材料可采用化学气相沉积法、溶液自沉降法、化学改性溶液析出法、过滤法等常用方法制备，但不局限于这些方法。

优选的，碳纳米管薄膜层为碳纳米管导电薄膜或掺杂碳纳米管复合膜。采用该导电膜时可以有效减少所得FSS的热失配问题。

优选的，碳纳米管薄膜层电导率不低于1×10⁵S/m。任何电导率满足FSS需要的碳纳米管薄膜层均可。

优选的，开孔为十字形通孔、Y字形通孔、方孔或圆孔中任一。优选的，FRP复合材料为夹芯复合材料、层合板或曲面壳体结构。此处层合板是指多层FRP材料叠置。曲面壳体是指表面具有曲度的FRP复合材料层合结构或夹芯结构。

优选的，FRP复合材料为石英纤维增强环氧树脂复合材料层合板或复合材料；碳纳米管薄膜层为表面设有多个周期排布的十字形通孔或Y形通孔的碳纳米管薄膜；碳纳米管薄膜层厚度为10～100μm。采用该结构制得的FSS具有最低的热失配率。

优选的，夹芯板包括两层面板层和夹设于两层面板之间的夹芯层，面板层为石英纤维增强环氧树脂或石英纤维增强氰酸酯树脂制成；夹芯层为蜂窝或泡沫制成。泡沫夹芯材料厚度为10mm；石英纤维增强氰酸酯复合材料层厚度完1mm。采用该结构制得的FSS能有效降低碳纳米管与FRP材料之间的热失配，从而使得所制得的FSS具有最低的热失配率。

本发明另一方面提供了一种如前述碳纳米管薄膜频率选择表面的制备方法，包括将表面具有预设图形的碳纳米管薄膜粘贴至FRP复合材料的步骤。该步骤中预设图形可以通过激光刻蚀或其他雕刻方法制得，当然并不限于此。还可以为将纳米尺度的碳纳米管分散到溶液中作为打印机墨水，通过3D打印得到具有预设图形的碳纳米管薄膜层，之后可根据需要再经干燥还原得到碳纳米管薄膜周期性开孔单元。碳纳米管薄膜层的制备方法具体可以但不限于采用真空抽滤法、旋涂法、浸涂法、自组装等方法组装成膜，然后再通过化学还原和热还原的方法制备得到碳纳米管导电薄膜，也可采用化学气相沉积、电泳沉积等方法制备。