專利名稱：一種雷達(dá)波吸收和抗反射涂料的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波吸收涂料的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抗雷達(dá)波在金屬表面上反射的吸收涂料技術(shù)。將尺寸均勻的金屬粒子和半導(dǎo)體粒子融入絕緣性的涂料中，制造出在寬波段和超薄的雷達(dá)波吸收系數(shù)α為100/cm數(shù)量級(jí)的包含金屬粒子和半導(dǎo)體粒子的混合涂料， 實(shí)現(xiàn)寬波段和薄膜( 0. 3mm)型的涂料在金屬表面上吸收雷達(dá)波，達(dá)到在金屬表面抗雷達(dá)波反射的目的。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)公開發(fā)表的相關(guān)文章顯示大多數(shù)提高材料吸波能力的研究集中在研究制備成1 4mm厚的膜和測(cè)試表征其宏觀特征。研究材料的相對(duì)復(fù)介電參數(shù)ε、相對(duì)復(fù)磁化率 μ參數(shù)、和微波反射率等方面的性能。卻往往忽略了當(dāng)制備的薄膜材料的厚度達(dá)到1 4mm 后，已經(jīng)具備了波的干涉特性。波的干涉相消效應(yīng)達(dá)到在對(duì)應(yīng)波段的范圍，薄膜材料具有低反射率。而基于材料與微波吸收的微觀方面的研究報(bào)道，和材料本身的微波吸收系數(shù)頻譜的報(bào)道則很少。目前，研究的材料多分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型三個(gè)類型。用各種材料的顆粒粉、片狀、或各種納米粉粒，并通過(guò)各種方法改變材料的宏觀表征參數(shù)，達(dá)到所期望的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)在特定波段內(nèi)降低微波的反射率。特別是近年來(lái)，各種磁性材料的納米粉的采用， 混合方式，及其混合比的變化，提高了材料的性能，使得厚度在1 3mm的吸波材料膜層就能達(dá)到明顯地降低放射率的效果。且在8G 14G的波段內(nèi)，還得到一個(gè)明顯的干涉型的抗反射峰(_30dB左右)，進(jìn)一步將干涉抗反射峰附近波段的反射率降到(-10 -15) dB左右， 或更多一些。然而使用的這三個(gè)類型材料，電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型材料都有這樣或那樣的缺點(diǎn)1.電阻型碳化硅纖維、導(dǎo)電高聚物、石墨等。其導(dǎo)電率低，材料本身的反射率和吸收率都隨之很小。優(yōu)點(diǎn)反射率小。缺點(diǎn)作為涂覆層要求一定的厚度，才能抗反射。而這厚度在特定的應(yīng)用中無(wú)法被接受。2.電介質(zhì)型鈦酸鋇鈦酸鋇和鐵電陶瓷等介電材料之類。其導(dǎo)電率極低。有與電阻型材料相似的缺點(diǎn)3.磁介質(zhì)型鐵磁性材料，有鐵氧體、羰基鐵、多晶鐵纖維、磁性金屬微粉、磁性金屬納米和空心微球鍍磁性金屬(鎳)等。鐵氧體系列缺點(diǎn)密度大、高溫特性差。文章《微波鐵氧體吸收劑復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)的溫度特性研究·功能材料，1994，25 (2) 169 171》表明，當(dāng)溫度由25°C至100°C 變化時(shí)其吸收性能呈下降趨勢(shì)。磁性金屬微粉和納米材料有制備上的嚴(yán)重缺陷粉體分散性不好，易團(tuán)聚，化學(xué)穩(wěn)定性(如抗氧化、耐酸堿能力)差，與有機(jī)介質(zhì)相容性差；和鐵磁性物質(zhì)的強(qiáng)吸附特性。當(dāng)吸附的鐵質(zhì)或磁性介質(zhì)顆粒尺寸超過(guò)5um時(shí)，則抗反射層會(huì)失效。這也是磁介質(zhì)型材料的共同的缺陷。使用期間，吸附的鐵質(zhì)或磁性介質(zhì)顆粒的去除，會(huì)大幅度的增加使用維護(hù)的時(shí)間和費(fèi)用。還有，材料的磁性源于電子自旋波，是多體行為反映，盡管磁性材料的靜磁化系數(shù)很高103—4，但其高頻率響應(yīng)的特性極差。當(dāng)頻率升高到微波段，其磁性材料的磁化系數(shù)會(huì)銳減。磁性材料的高頻磁化系數(shù)往往小于10，只有5左右。在很多公開發(fā)表的磁性材料納米粉涂層的各種研究報(bào)告中表明，厚度l_2mm的磁性材料納米粉涂層，其反射譜表明涂層抗反射的特性。在很多的這些抗反射譜中，有一個(gè)干涉抗反射的鋒，若改變涂層的厚度時(shí)，該抗反射鋒的位置會(huì)移向低頻波段，也就是反射率的降低不是主要源于材料吸收，而源于波的干涉相消作用。文章《四針狀氧化鋅晶須雷達(dá)吸波涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)與機(jī)理分析》和《吸波劑含量和涂層厚度對(duì)微波吸收性能的影響》都很好的證明了這一點(diǎn)。在《四針狀氧化鋅晶須雷達(dá)吸波涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)與機(jī)理分析》中的圖 2. 6-2. 9顯示，材料的η值增加(材料的折射率η正比與ε和η乘積的平方根)，干涉相消型的抗反射峰就向低頻移動(dòng)；和材料的厚度增加時(shí)，干涉相消型的抗反射峰向低頻移動(dòng)； 材料的厚度增加一倍，則干涉型的抗反射峰移動(dòng)到對(duì)應(yīng)與二分之一的低頻頻率處。國(guó)外的研究以美國(guó)為主，F(xiàn)117之前未有“超黑粉”，之后研制出“超黑粉”，并已應(yīng)用。將反射率降到左右。可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，對(duì)于特定的波段，干涉相消型抗反射技術(shù)的采用能將反射率降到0. 5%以下。我國(guó)科研工作者的大量科研結(jié)果和Sang-Hwan Cho, et. al.的文 章《A Black Metal-dielectric Thin Film for High-contrast Displays,Journal of the Korean Physical Society,Vol. 55,No. 2,August 2009,pp. 501 507))證實(shí)了這種技術(shù)的可行性。材料與微波的相互作用，是材料中包括自由電子與微波中的交變電場(chǎng)的相互作用。如在金屬材料中，自由電子的運(yùn)動(dòng)跟得上微波中交變電場(chǎng)的頻率變化，與之發(fā)生相互作用；金屬材料是所有材料中有自由電子最多的材料。金屬材料中，這種由自由電子與微波中交變電場(chǎng)相互作用很強(qiáng)，其結(jié)果不是吸收微波能量，而是反射了全部微波能量，反射率R = 1。超薄的金屬膜層中的自由電子數(shù)目和面密度遠(yuǎn)少于金屬體材料中的自由電子數(shù)目和面密度，超薄的金屬膜層與微波中的交變電場(chǎng)的相互作用也很弱，反射率R<< 1。超薄金屬膜層只會(huì)反射一部分微波能量，一部分微波能量會(huì)透射過(guò)超薄金屬膜層，超薄金屬膜層也會(huì)也吸收一部分微波能量。不僅如此，對(duì)也屬于電磁波的光波，隨著超薄金屬膜層厚度的減小，其反射率變得越小，和透射率越大；超薄金屬膜層也會(huì)吸收一部分光波能量。 這一點(diǎn)在文章《高對(duì)比度電致發(fā)光的柔性薄膜顯示器》(http://www.wipo. int/pctdb/en/ wo. isp ？ wo = 2007121583)中得到證實(shí)。跟得上微波中交變電場(chǎng)的頻率變化的，不僅僅有材料中的自由電子，還有材料中的原子外層電子，材料中的極性分子的振動(dòng)，材料中的極性分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，和材料中的離子運(yùn)動(dòng)等。材料的磁性(電子的自旋波)屬于集體運(yùn)動(dòng)行為，跟不上高頻(頻率在100MHz以上)微波中的交變電場(chǎng)的頻率變化。它與這種高頻微波中的交變電場(chǎng)相互作用極其微弱。在各種材料中，選擇金屬和半導(dǎo)體材料，制備尺度均勻的金屬亞微米粒子和尺度均勻的半導(dǎo)體微米粒子融入絕緣性的涂料，制成寬波段范圍和吸收系數(shù)α約為102/Cm數(shù)量級(jí)的微波吸收涂料。在金屬表面，實(shí)現(xiàn)吸收微波抗微波反射的應(yīng)用。
文章〈〈3D Simulation and Measurements of Free Space Characterization for Siwafer at K-band》也顯示，在18G到26G的范圍內(nèi)，Si半導(dǎo)體材料的介電系數(shù)變化很小。吸收系數(shù)太高了也不行，吸收系數(shù)太高，則涂層材料自身的反射系數(shù)也會(huì)變得很大，金屬就是這樣。

發(fā)明內(nèi)容
本技術(shù)發(fā)明的目的，提出了一種雷達(dá)波吸收抗反射涂料的實(shí)現(xiàn)方法，滿足寬波段和厚度薄的雷達(dá)抗發(fā)射吸收涂層，基于涂層材料的吸收特性，即在對(duì)應(yīng)的寬波段范圍內(nèi)有強(qiáng)的吸收系數(shù)α約為102/Cm數(shù)量級(jí)。這樣，對(duì)應(yīng)波段的微波穿過(guò)0.1mm厚的抗發(fā)射涂層后，其強(qiáng)度降將降到初始入射強(qiáng)度的Ι/e倍。本發(fā)明的技術(shù)方案如下制備和選用尺寸均勻的金屬亞微米粒子和尺寸均勻的半導(dǎo)體微米粒子混合融入絕緣性的涂料中，實(shí)現(xiàn)具有高吸收系數(shù)α約為102/Cm數(shù)量級(jí)和低反射系數(shù)的寬波段和厚度薄的抗雷達(dá)波發(fā)射涂料，在金屬表面上吸收和抗雷達(dá)波反射。絕緣性的涂料使包括金屬亞微米粒子和半導(dǎo)體微米粒子的粒子之間不會(huì)形成導(dǎo)電接觸。避免了當(dāng)粒子電接觸構(gòu)成大尺度導(dǎo)體型粒子成為反射雷達(dá)波的“亮點(diǎn)”。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合以銀和Asfe半導(dǎo)體材料為例，具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方法。實(shí)施例僅用于示例本發(fā)明，而不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。對(duì)收集制備好的銀納米團(tuán)聚粒子加熱，形成亞微米尺寸的銀粒子。依粒子重量與粒子尺寸的關(guān)系，借助銀粒子的重量進(jìn)行篩選、分類和收集；研磨摻雜類型(P或η)和摻雜水平滿足要求的半導(dǎo)體Asfe材料成粉末，按所需半導(dǎo)體微米粒子的粒子重量進(jìn)行篩選、分類、收集。將所選的尺寸均勻銀粒子和Asfe半導(dǎo)體粒子融入絕緣性的涂料中，以獲得吸收系數(shù)α約為102/Cm數(shù)量級(jí)的微波吸收涂料。粒子相互間的涂料膜起絕緣作用，避免粒子之間電接觸，構(gòu)成具有體材料反射特性的大尺度導(dǎo)電粒子，成為反射雷達(dá)波的“亮點(diǎn)”。
權(quán)利要求
1. 一種雷達(dá)波吸收和抗反射涂料的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，混合融入絕緣性涂料中的微粒子，包括尺寸均勻(誤差<0. 3um)的金屬亞微米或微米粒子和尺寸均勻的半導(dǎo)體微米或幾十微米的粒子，金屬和半導(dǎo)體的粒子與粒子之間電絕緣。
全文摘要
本發(fā)明屬于雷達(dá)波吸收涂料的技術(shù)領(lǐng)域，提出一種制造方法，制造抗雷達(dá)波在金屬表面上反射的吸收涂料。將尺寸均勻的亞微米金屬粒子和尺寸均勻的微米半導(dǎo)體粒子融入絕緣性的涂料中，實(shí)現(xiàn)在寬波段范圍內(nèi)，雷達(dá)波吸收系數(shù)α能達(dá)到約為100/cm數(shù)量級(jí)的混合涂料，即在金屬表面上，～0.3mm厚度的涂料薄膜可實(shí)現(xiàn)寬波段范圍抗雷達(dá)波反射的目的。
文檔編號(hào)C09D5/25GK102311674SQ20101057781
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者石鄖熙 申請(qǐng)人:石鄖熙