一种电磁吸波超材料、制备方法及应用

本发明涉及电磁吸波材料，具体涉及一种电磁吸波超材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、随着柔性电子技术、可穿戴设备以及新型军事装备的迅速发展，电磁波环境日趋复杂，对电磁吸波材料在性能、形变适应性及稳定性等方面提出了更高要求。理想的电磁吸波材料不仅需要具备优异的电磁波吸收能力，实现对宽频段电磁波的高效衰减，还应同时具备柔性化及高可变形性等特性，以适应实际应用中多场景、多形态的复杂工况。例如，在柔性显示器、可穿戴传感器、无人机隐身结构及可折叠武器装备等领域，材料需要在频繁弯折、折叠甚至扭曲的条件下保持稳定的力学性能和电磁响应。然而，传统吸波材料大多以磁性颗粒、碳基材料或多相无机复合物为核心吸波组分，其固有的刚性结构及较差的界面匹配性限制了其柔性化应用能力。

2、超材料作为一种人工设计的结构功能材料，通过对其单元结构进行精准设计，能够实现特殊电磁响应特性，为高性能吸波材料的设计提供了新的路径。然而，现有柔性超材料在实际应用中仍存在明显局限：部分材料虽具备一定柔韧性，但由于吸波剂与柔性基体之间的兼容性不佳，导致有效吸波带宽窄、电磁吸收性能差；而具有宽频吸波性能的材料多基于刚性结构设计，难以满足曲面共形或可穿戴设备对材料柔韧性的要求。

技术实现思路

1、（一）发明目的

2、本发明的目的是提供一种电磁吸波超材料、制备方法及应用，通过梯台结构单元构成周期阵列，实现电磁波的多次散射与界面极化，显著提升吸收效率并拓宽吸波频带。高熵氧化物复合材料提供强介电与磁损耗；柔性聚二甲基硅氧烷基体确保材料在弯折、折叠等形变条件下仍保持稳定结构与吸波性能。

3、（二）技术方案

4、为解决上述问题，本发明提供了一种电磁吸波超材料，包括：

5、若干个梯台结构单元，若干个梯台结构单元按照预设排布方式形成周期阵列结构；

6、所述梯台结构单元的材料包括：聚二甲基硅氧烷、固化剂和高熵氧化物复合材料；

7、所述梯台结构单元包括下表面、上表面和倾斜侧壁，所述下表面的面积大于上表面的面积，所述下表面和上表面通过若干个倾斜侧壁连接，所述倾斜侧壁由下向上逐渐收缩。

8、本发明的另一方面，优选地，所述预设排布方式包括所述梯台结构单元沿横向和纵向呈规则排列，所述梯台结构单元之间在排列方向上对齐。

9、本发明的另一方面，优选地，所述高熵氧化物复合材料包括碳基高熵氧化物，所述碳基高熵氧化物包括碳基和过渡金属氧化物，所述碳基包括：中间相碳微球、炭黑和还原氧化石墨烯中的至少一种，所述过渡金属包括fe、co、ni、cr、mn和cu中的至少五种；

10、所述固化剂和聚二甲基硅氧烷的质量比为1：(7~10)；

11、所述高熵氧化物复合材料在所述梯台结构单元的材料的质量占比为10wt%~50wt%。

12、本发明的另一方面，优选地，所述聚二甲基硅氧烷的邵氏硬度在a20~a50；

13、所述高熵氧化物复合材料的电导率为10~30s/m。

14、本发明的另一方面，优选地，所述梯台结构单元为正方台结构单元，所述正方台结构单元的高度、上表面的边长与下表面的边长的比值为4~6:4~8:8~16；

15、所述上表面的边长与所述下表面的边长的比值为1：1.5~1：4。

16、本发明的另一方面，优选地，一种电磁吸波超材料的制备方法，所述制备方法适用于如上所述的电磁吸波超材料，所述制备方法包括：

17、按照预设的尺寸制备所述周期阵列结构的模具；

18、将所述模具浸泡于第一溶液中，经浸渍充分后取出并进行干燥处理，获得处理后模具，所述第一溶液包括脱模剂和稀释液；

19、将所述聚二甲基硅氧烷和固化剂按照质量比进行混合，获得柔性基体；

20、将所述高熵氧化物复合材料按照质量占比加入所述柔性基体中，获得浆料；

21、将所述浆料涂覆于所述处理后模具的周期阵列结构的表面，固化成型后进行脱模，获得电磁吸波超材料。

22、本发明的另一方面，优选地，所述周期阵列结构的模具利用3d打印技术制备，所述模具的制备材料包括光敏树脂、工程塑料或尼龙材料中的一种。

23、本发明的另一方面，优选地，所述脱模剂包括：氟系脱模剂和硅酮类脱模剂中的至少一种，所述稀释液包括：水、乙醇和乙二醇中的至少一种；

24、所述固化剂和聚二甲基硅氧烷的质量比为1：(7~10)；

25、所述高熵氧化物复合材料的质量占比为10wt%~50wt%；

26、所述固化的温度为15℃~35℃，所述固化的时间为48h~72h。

27、本发明的另一方面，优选地，所述将所述高熵氧化物复合材料按照质量占比加入所述柔性基体中，获得浆料，包括：

28、将所述高熵氧化物复合材料按照质量占比加入所述柔性基体中，进行搅拌，获得预备浆料，所述搅拌的时间为0.5h~1h；

29、对所述预备浆料进行真空脱泡处理，获得浆料，所述真空脱泡处理的时间为1h~2h。

30、本发明的另一方面，优选地，一种如上所述的电磁吸波超材料和/或如上所述的制备方法制备的电磁吸波超材料在柔性可穿戴器件、消费电子或军事装备电磁吸收领域的应用。

31、（三）有益效果

32、本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

33、本发明通过由若干梯台结构单元构成的周期阵列，实现了对电磁波传播路径和损耗机制的精准调控。梯台结构单元的倾斜侧壁，使入射电磁波在单元内部产生多次反射、散射和折射，有效降低了电磁波在材料表面的直接反射（即阻抗匹配效应），使更多电磁波能够进入材料内部，有效提升吸波强度并拓宽有效吸波频带范围。

34、在材料组成方面，梯台结构以柔性聚二甲基硅氧烷为基体，引入高熵氧化物复合材料作为吸波功能组分。高熵氧化物凭借其多组元固溶引起的晶格畸变、缺陷极化、电导损耗等多重损耗机制，可实现宽频、高效的电磁波衰减。柔性聚二甲基硅氧烷具有极佳的柔韧性和拉伸性，高熵组分与柔性基体之间的良好相容性使吸波剂在结构单元内分散均匀，避免传统柔性吸波材料中常见的界面脱粘或性能衰减问题，使该超材料在弯折、折叠、扭曲等复杂形变条件下仍保持稳定的几何构型和电磁响应。不仅实现了宽频高效吸波，还显著提升了形变适应性，适用于可穿戴设备、柔性电子器件及曲面装备隐身等应用场景。

1.一种电磁吸波超材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电磁吸波超材料，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的电磁吸波超材料，其特征在于，所述高熵氧化物复合材料包括碳基高熵氧化物，所述碳基高熵氧化物包括碳基和过渡金属氧化物，所述碳基包括：中间相碳微球、炭黑和还原氧化石墨烯中的至少一种，所述过渡金属包括fe、co、ni、cr、mn和cu中的至少五种；

4.根据权利要求1所述的电磁吸波超材料，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷的邵氏硬度在a20~a50；

5.根据权利要求1所述的电磁吸波超材料，其特征在于，所述梯台结构单元为正方台结构单元，所述正方台结构单元的高度、上表面的边长与下表面的边长的比值为4~6:4~8:8~16；

6.一种电磁吸波超材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法适用于如权利要求1-5任意一项所述的电磁吸波超材料，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述周期阵列结构的模具利用3d打印技术制备，所述模具的制备材料包括光敏树脂、工程塑料或尼龙材料中的一种。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述脱模剂包括：氟系脱模剂和硅酮类脱模剂中的至少一种，所述稀释液包括：水、乙醇和乙二醇中的至少一种；

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

10.一种如权利要求1-5任意一项所述的电磁吸波超材料和/或权利要求6-9任意一项所述的制备方法制备的电磁吸波超材料在柔性可穿戴器件、消费电子或军事装备电磁吸收领域的应用。