本發(fā)明涉及微波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯打印吸波材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

雷達(dá)吸波材料可以有效降低雷達(dá)反射信號強(qiáng)度，有力降低被探測率，提供自身生存能力。雷達(dá)吸波材料主要分為電損耗型、磁損耗型、電磁損耗型。根據(jù)作用頻段可以分為雷達(dá)、紅外、可見光、激光等隱身材料。按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。

目前主要技術(shù)為在PCB版或類似材料上加工設(shè)計(jì)的特定形狀，達(dá)到阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、光波等吸收。根據(jù)以上吸波材料分類，應(yīng)劃入電損耗型隱身結(jié)構(gòu)材料。其細(xì)分有早期的Salisbury屏，Jaumann屏等，以及后來發(fā)展的基于有耗頻率選擇表面（frequency selective surface）以及超材料（metamaterials）等形式的結(jié)構(gòu)型吸波材料。這類吸波材料結(jié)構(gòu)共同點(diǎn)是采用三明治結(jié)構(gòu)：導(dǎo)電結(jié)構(gòu)阻抗匹配層、介質(zhì)襯底、以及金屬反射板。為拓寬吸波帶寬，該三明治結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行多層疊加提高吸收性能。

早期的吸波結(jié)構(gòu)如Salisbury屏，Jaumann屏等形式及原理簡單，但是受限于吸波帶寬以及結(jié)構(gòu)厚度，應(yīng)用有限。后期的吸波材料拓展了帶寬，厚度也降低了，但是現(xiàn)有主要是以刻蝕工藝在PCB版或類似材料上加工出特定結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)匹配吸收。這一技術(shù)主要缺陷是不具備柔韌性，無法在實(shí)際應(yīng)用中與被覆蓋物共型等。此外PCB或類似材料加工技術(shù)在尺寸上限制了該吸波材料大小，不利于尺寸延伸。同時(shí)，PCB或類似材料加工耗時(shí)長、成本高、且大量使用酸液污染環(huán)境等缺點(diǎn)，亟待解決。

近期，研究人員開始采用打印導(dǎo)電油墨的方法對設(shè)計(jì)的吸波結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，如采用銀油墨進(jìn)行噴墨打?。╥nkjet printing），這一方法雖然解決了柔性共型問題，銀導(dǎo)電油墨的高成本，以及噴墨打印的低效率、高成本、小尺寸等先天缺陷，使其并不適用于吸波材料這類大面積加工。

綜上所述，傳統(tǒng)PCBor similar加工結(jié)構(gòu)型吸波材料達(dá)不到柔性可共型要求，且有加工耗時(shí)長、成本高、且大量使用酸液污染環(huán)境及加工尺寸限制等缺點(diǎn)。近期發(fā)展的噴墨打印銀材料吸波材料有高成本，低加工效率、小尺寸等局限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯打印吸波材料及其制備方法，以克服目前現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種石墨烯打印吸波材料，包括反射板，所述反射板上設(shè)置有至少一層石墨烯匹配層，所述石墨烯匹配層包括襯底以及印刷在所述襯底上的至少一層石墨烯層。

進(jìn)一步的，所述反射板為高導(dǎo)電反射板或高導(dǎo)磁板。

進(jìn)一步的，所述襯底為柔性材料，所述柔性材料為紙、PET、硅膠或布。

進(jìn)一步的，所述襯底為非柔性材料，所述非柔性材料為泡沫、PVC、AB或木材。

進(jìn)一步的，所述石墨烯層為單層石墨烯、雙層石墨烯或多層石墨烯。

進(jìn)一步的，所述石墨烯層為石墨烯片、CVD石墨烯、石墨烯粉體或石墨烯油墨。

一種石墨烯打印吸波材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用電磁仿真軟件進(jìn)行吸波材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材，設(shè)計(jì)出符合特定應(yīng)用指標(biāo)的吸波材料結(jié)構(gòu)；

S2、利用電磁仿真軟件對石墨烯匹配層的形狀和圖案進(jìn)行設(shè)計(jì)；

S3、將石墨烯層印刷到襯底的一面上，在襯底的另一面制作反射層，對于多層石墨烯匹配層，對多層石墨烯匹配層進(jìn)行堆垛；

S4、對吸波材料樣品進(jìn)行測試，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，反復(fù)以上過程直至得到符合設(shè)計(jì)要求的石墨烯打印吸波材料。

進(jìn)一步的，在S2中，印刷的方式包括噴涂、噴墨打印、刮涂、絲網(wǎng)印刷、平版印刷、凹版印刷、凸版印刷或孔版印刷。

本發(fā)明的有益效果：一是加工效率及成本有明顯優(yōu)勢，石墨烯吸波材料加工可以采用噴涂、絲網(wǎng)印刷等大規(guī)模生產(chǎn)方式生產(chǎn)，生產(chǎn)效率及成本方面大大優(yōu)于噴墨打??；同時(shí)原料成本方面石墨烯吸波材料明顯低于銀銅等材料；二是基材選擇方面優(yōu)勢，石墨烯可以使用于任何柔性非柔性材料，可使整個吸波材料具有柔韌性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的石墨烯打印吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的石墨烯打印吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的石墨烯層結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的石墨烯層結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的石墨烯打印吸波材料的實(shí)物圖。

圖中：

1、反射板；2、襯底；3、石墨烯層。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1或2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種石墨烯打印吸波材料，包括反射板，所述反射板上設(shè)置有至少一層石墨烯匹配層，所述石墨烯匹配層包括襯底以及印刷在所述襯底上的至少一層石墨烯層。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述反射板為高導(dǎo)電反射板或高導(dǎo)磁板，主要形式包括高導(dǎo)電反射板或高導(dǎo)磁板以及人工設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等具有反射電磁波特性的擋板；發(fā)射板也可以用石墨烯打印。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述襯底為柔性材料，所述柔性材料為紙、PET、硅膠或布。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述襯底為非柔性材料，所述非柔性材料為泡沫、PVC、AB或木材。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述石墨烯層為單層石墨烯、雙層石墨烯或多層石墨烯。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，所述石墨烯層為石墨烯片、CVD石墨烯、石墨烯粉體或石墨烯油墨。

一種石墨烯打印吸波材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用電磁仿真軟件進(jìn)行吸波材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材，設(shè)計(jì)出符合特定應(yīng)用指標(biāo)的吸波材料結(jié)構(gòu)；該步驟中主要內(nèi)容是確定石墨烯材料的加工要求、吸波材料厚度，石墨烯匹配層基本形狀，反射層形式以及要求、設(shè)計(jì)優(yōu)化等步驟；

S2、利用電磁仿真軟件對石墨烯匹配層的形狀和圖案進(jìn)行設(shè)計(jì)；

S3、將石墨烯層印刷到襯底的一面上，在襯底的另一面制作反射層，對于多層石墨烯匹配層，對多層石墨烯匹配層進(jìn)行堆垛；

S4、對吸波材料樣品進(jìn)行測試，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，反復(fù)以上過程直至得到符合設(shè)計(jì)要求的石墨烯打印吸波材料。

在S2中，印刷的方式包括噴涂、噴墨打印、刮涂、絲網(wǎng)印刷、平版印刷、凹版印刷、凸版印刷或孔版印刷。

下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行闡述：

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的一種石墨烯打印吸波材料，包括反射板1，所述反射板1上設(shè)置有一層石墨烯匹配層，所述石墨烯匹配層包括襯底2和石墨烯層3，所述石墨烯層3印刷在襯底2上。

實(shí)施例2

如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施所述一種石墨烯打印吸波材料，包括反射板1，所述反射板1上設(shè)置有三層石墨烯匹配層，石墨烯匹配層重復(fù)堆垛，所述石墨烯匹配層為至少一層石墨烯層3印刷在襯底2上，本發(fā)明中三層石墨烯匹配層僅為示例，雙層及更多層在保護(hù)范圍。

實(shí)施例3

如圖3所示，為設(shè)計(jì)的石墨烯匹配層單元形狀；圖4為4個單元圖，從圖中可以看出，石墨烯形狀是周期二維排布的單元陣列，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)使用面積，對單元數(shù)目進(jìn)行增減。

圖5為采用鏤空板印刷的方式在布表面上加工的石墨烯吸波材料?？梢?，采用印刷的方式，可以高效的進(jìn)行石墨烯柔性吸波材料的加工，同時(shí)尺寸不受限制。

如上所述，我們用實(shí)例說明了石墨烯吸波材料設(shè)計(jì)、加工及測試整個流程。通過以上結(jié)果可見，將特定設(shè)計(jì)的石墨烯形狀采用印刷的方式加工在柔性襯底上，可以實(shí)現(xiàn)柔性吸波材料。由于加工方式采用的是工業(yè)成熟的印刷方式，因此具有效率高、成本低等特點(diǎn)，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)，相對于傳統(tǒng)PCB或類似材料加工結(jié)構(gòu)型吸波材料，石墨烯打印吸波材料具有柔性、低成本、高加工效率等優(yōu)勢，由于石墨烯本身具有柔韌性，將石墨烯油墨加工在柔性襯底上則可使整個吸波材料具有柔韌性。此外，石墨烯印刷的方式避免了PCB或類似材料加工中大量使用酸液等對環(huán)境的破壞。

相對于其他油墨打印吸波材料的方法，石墨烯油墨具有抗氧化、低成本、高導(dǎo)電等特點(diǎn)。銀／銅油墨具有高成本、易遷移、易氧化等缺陷。石墨烯油墨則成本低很多，且不存在氧化、遷移等問題，對印刷基材具有更好的適應(yīng)性。其他導(dǎo)電油墨如炭黑、碳納米管、導(dǎo)電聚合物等，則因?qū)щ娐实停谖ú牧蠎?yīng)用中的適應(yīng)性和有效性明顯低于石墨烯。設(shè)想，在需要的方塊電阻（sheet resistance）一定的情況下，石墨烯由于其非常高的導(dǎo)電率，可以加入少量即可達(dá)到要求。換言之，在吸波材料實(shí)際應(yīng)用中，石墨烯油墨因?yàn)槭┑母邔?dǎo)電率，配方中可以有更多的空間加入其它非導(dǎo)電添加劑，提高油墨的粘附性、防水防塵等其它特性。

綜上所述，石墨烯吸波材料的加工相對于以上所述噴墨打印銀等的方式，優(yōu)勢非常明顯：一是加工效率及成本有明顯優(yōu)勢，石墨烯吸波材料加工可以采用噴涂、絲網(wǎng)印刷等大規(guī)模生產(chǎn)方式生產(chǎn)，生產(chǎn)效率及成本大大低于噴墨打?。煌瑫r(shí)原料成本方面石墨烯吸波材料明顯低于銀銅等材料。二是基材選擇方面優(yōu)勢。石墨烯可以使用于任何柔性非柔性材料，而銀油墨由于銀粒子遷移，不能加工在普通紙張或者布匹上，限制了應(yīng)用場景。

本發(fā)明應(yīng)不限于雷達(dá)頻段吸波材料，應(yīng)該包括可見光、聲波、太赫茲、遠(yuǎn)紅外、激光等頻段。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。