[发明专利]一种超结构毫米波吸波片及其应用

说明书

本发明属于电磁功能材料领域，具体涉及一种超结构毫米波吸波片及其应用。所述超结构毫米波吸波片由吸收剂和镂空的吸波超结构组成，其中，吸波超结构的结构单元为同轴开口环形镂空图案，尺寸为7～13mm，该超材料吸波结构具有显著的宽频轻质微波吸收效应：在30～100GHz频率范围内，小于‑10dB的有效带宽为5.25～41.03GHz；面密度为0.08～0.15kg·m^‑2；厚度为0.4～0.8mm。本发明的设计思路新颖，具有宽带、轻质吸波特性，制备过程简单、原料廉价易得，成本低、易于应用推广，所得的超材料在微波隐身技术、天线、安检、热辐射探测、热辐射成像和无损探测等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电磁功能材料领域，具体涉及一种超结构毫米波吸波片及其应用。

背景技术

毫米波(millimeterwave)是无线电波中的一段，波长为1～10毫米，频段范围为30～300GHz，它是微波向高频的延伸和光波向低频的发展，具有频带宽、波束窄、探测能力强、元件尺寸小等优点，可广泛应用于通讯、雷达、遥感技术、临床医学等领域，具有广阔的发展前景。然而，由于耦合效应，电磁波会对电路信号产生传导和辐射干扰，从而影响电子元件的正常运转，毫米波的高频率使得电子设备与设备之间、设备本身内部的电磁辐射与电磁干扰更加严重，这对电子产品硬件零部件的升级提出了更高的要求。电磁干扰影响电子设备的正常运行，并且存在信息泄露的风险，是公认的当代社会第四大公害。为此开发新型高效毫米波吸波材料/结构是解决电磁干扰的有效途径。

毫米波吸收材料可以分为吸波剂和吸波结构两大类，文献调研表明，国内外大量的学者已针对毫米波频段研发了毫米波吸收材料。

如：《Controllable preparation and broadband high-frequency absorptioncapabilities of Co fibers and Co/Cu bimetallic core-shell fibers》采用磁场辅助还原法合成Co纤维，在一水合醋酸铜和Co纤维存在的情况下，通过简单的电置换反应转化为Co/Cu双金属核壳纤维(BCSFs)。在一个较低的填充质量分数(20～25wt％)下，以Cu2+/Co2+(β)＝0.5：10产生的Co纤维和Co/Cu BCSFs表现出相当强的吸收(-41.82～-52.50dB)和更广泛的带宽(6.64～8.24GHz，RL-10dB)；《Simple salt-Template Assembly forLayered Heterostructures of C/Ferrite and EG/C/MFe₂O₄(M＝Fe Co,Ni,Zn)Nanoparticle Arrays toward Superior Microwave Absorption Capabilities》采用简单的钠盐模板法合成了层状C/铁氧体纳米粒子阵列(NPA)和膨胀石墨(EG)/C/MFe2O4(M＝Fe，Co，Ni，Zn)NPA异质结构，使其在在2.0～17.0GHz频率范围具有99％吸收；《Combinationof Expanded Graphite/Fe/Fe₃O₄ Composites and Hollowed Out Chiral Metamaterialstoward Ultrathin,Ultralight,Broadband,Polarization-Insensitive,and Wide-AngleAbsorbers》报道了一种用铁氧体与硅酮耐候胶的混合吸波剂，并与手性螺旋结构相结合，该混合吸振器在21.4～36.3GHz频率范围内的吸收率均保持在90％以上；《Excellentmicrowave absorbing properties of ZnO/ZnFe2O4/Fe core-shell microrodsprepared by a rapid microwave-assistedhydrothermal-chemical vapordecomposition method》采用微波水热-化学气相沉积和水热-化学气相沉积法制备了ZnO/ZnFe₂O₄/Fe核壳微棒(CSMRs)和微花(CSMFs)。通过改变Td(300℃～500℃)来控制Fe/Zn比，从而调节ZnO/ZnFe₂O₄/Fe CSMRs和CSMFs的静态磁性能和MACs。结果表明，当吸收层厚度仅为2.2mm时，在6.88GHz的最佳反射损耗(RL)值高达46.88dB；《Ni²⁺ guided phase/structure evolution and ultra-wide bandwidth microwave absorption of Co_xNi_1-xalloy hollow microspheres》采用一锅液相还原法成功合成了一系列组成和壁厚连续可调的双金属六方密排(HCP)和面心立方(FCC)Co_xNi_1-x(x＝1,0.858,0.813,0.714,0.662,0.137)合金空心微球(AHMs)，其中35wt％Co_0.81Ni_0.19，45wt％Co_0.86Ni_0.14，或50wt％Co_0.66Ni_0.34AHMs石蜡复合材料拥有显著增强吸收能力，最大反射损耗(RL)值分别为-35.3，-47.3和-54.6dB和超宽的带宽(RL-10dB)分别为8.16，9.2和10.08GHz；《一种具有多级微结构分布的钛酸钡/四氧化三钴复相毫米波吸波粉体及制备方法》(CN201810866027.7)发明出一种BaTiO₃/Co₃O₄复合毫米波吸波粉。此吸波粉在35GHz左右吸波频带带宽可达5GHz左右，反射损耗最大值达-40dB；《一种针对毫米波大气窗口的高效吸波剂及其制备方法》(CN201811025452.X)发明了一种针对毫米波大气窗口的吸波剂，此毫米波吸波剂的化学式为BaTiFe_xO₁₉(x＝9.5～10.5)。此吸波剂在35GHz附近频率的最大吸收有效带宽可达12.0+GHz，最大反射损耗可达～-40dB；《一种三维超材料吸波体》(CN201721904464.0)提出了一种三维超材料。超材料的谐振材料为嵌套的开口方环结构。此三维超材料在4.6～20GHz范围内的吸波率均大于80％；《一种宽带极化不敏感的超材料吸波体》(CN201310682198.1)提出了一种二维开口方环超材料，此超材料具有极化不敏感特性，在9.40～18.60GHz范围吸波率达到60％，在17.8GHz达到峰值，吸波率为99.99％。