一种镁离子掺杂锆酸锶红外/雷达兼容隐身材料及其制备方法与应用

本发明属于隐身材料，具体涉及一种镁离子掺杂锆酸锶红外/雷达兼容隐身材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着红外探测技术的快速发展，军用航空器高温部件（如发动机尾喷管、机翼前缘）的红外隐身需求日益迫切。现有红外隐身材料主要包括金属基、高分子基和无机氧化物基三类。其中，金属基材料在高温下易氧化且红外发射率随温度升高而急剧增大，而高分子基材料热稳定性差、无法在300℃以上长期使用。

2、以钙钛矿结构锆酸锶（srzro3）为代表的无机氧化物基材料，因其具有高熔点、良好的高温相稳定性和可调控的光学性能，是高温红外隐身领域最具潜力的基体材料之一。然而，现有srzro3基材料在3~5μm军用探测波段的红外发射率偏高，且未涉及雷达波吸收能力，难以实现红外与雷达多波段兼容隐身。

3、现有技术中，如cn117534460a、cn117550890a、cn120230986a公开了一系列sr(zr1-yxy)oz材料涂层，其中，x为mg、ca、mn、fe、co、ni、cu或zn；y为0.05~0.5，z为2.5~2.9375。然而，该些方案制备的是一种高红外辐射涂层，无法提供有效的红外与雷达多波段兼容隐身性能。经检索，cn117534460a公开了一类sr(zr1-yxy)oz钙钛矿材料，其中x包括mg、ca、mn、fe、co、ni、cu及zn等元素。该文献的技术目标在于提高材料在3~5 μm及1~22 μm波段的红外发射率，以满足高温炉膛节能、器件散热及热防护应用需求，其核心关注的是红外辐射性能提升。cn117534460a未涉及如介电损耗、界面极化、反射损耗（rl）、有效吸收带宽等与雷达隐身相关的性能。

4、现有技术中，如cn110746186a公开了一种al3+掺杂型低红外、低热导率半导体陶瓷材料，分子式为srzr1-xalxo3，其中x为al3+掺杂取代zr的原子数百分数。然而，cn110746186a的技术目标在于获得低红外发射率和低热导率陶瓷材料，其性能评价指标主要包括3~5 μm波段红外发射率及热导率，而该文献并未涉及材料的介电常数、介电损耗、反射损耗、有效吸收带宽等与电磁波吸收的性能参数。因此，该文献仅能够解决红外隐身问题，而无法实现红外与雷达波兼容隐身所要求的电磁波吸收功能。由此可见，现有技术中仍然未能够良好实现钙钛矿结构材料在红外和雷达波隐身材料中的有效应用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种镁离子掺杂锆酸锶红外/雷达兼容隐身材料及其制备方法与应用，以解决现有技术中srzro3基材料难以实现红外与雷达多波段兼容隐身。本方案利用镁离子掺杂锆酸锶实现了红外发射率在0.595~0.735范围内的宽幅可调以及增强了材料对雷达波的介电吸收能力。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、本发明第一方面公开了一种镁离子掺杂锆酸锶红外/雷达兼容隐身材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将锶源、锆源和镁源溶解于去离子水中，配置形成混合金属溶液；

5、s2、向步骤s1的混合金属溶液中加入络合剂，随后调节ph至酸性，经水浴加热形成溶胶；

6、s3、对步骤s2形成的溶胶依次进行干燥、研磨和高温煅烧，制得的纳米粉体为所述材料。

7、优选的，步骤s1中，包括：

8、锶源、锆源和镁源的摩尔用量比为1：1-x：x；其中，x为0.03至0.21；

9、所述锶源为硝酸锶，所述锆源为五水合硝酸锆，所述镁源为六水合硝酸镁。

10、优选的，步骤s2中，包括：

11、所述的络合剂为柠檬酸；

12、所述的络合剂与混合金属溶液中金属离子的摩尔比为1.5:1~2.5:1。

13、优选的，步骤s2中，包括：

14、调节ph至酸性为调节ph至2~4。

15、优选的，步骤s2中，包括：

16、所述的水浴加热的条件为：

17、温度为40℃~60℃；

18、时间为4~8h。

19、优选的，步骤s3中，包括：

20、所述的干燥的条件为：

21、温度为100℃~150℃；

22、时间为12~48h。

23、优选的，步骤s3中，包括：

24、所述的高温煅烧的条件为：

25、温度为1000℃~1200℃；

26、时间为4~10h。

27、本发明第二方面公开了一种镁离子掺杂锆酸锶红外/雷达兼容隐身材料，采用如上任一项中所述制备方法得到；

28、所述的材料的化学式为srzr1-xmgxo3；

29、其中，x为0.03至0.21。

30、本发明第三方面公开了一种如上所述镁离子掺杂锆酸锶红外/雷达兼容隐身材料在红外隐身材料中的应用。

31、优选的，所述红外隐身材料的红外发射率为0.595~0.735。

32、本发明的工作原理为：

33、mg2+进入srzro3晶格后优先取代zr4+位置。由于mg2+与zr4+之间存在价态差异，为维持电荷平衡，晶格内部形成一定浓度的氧空位缺陷。氧空位作为缺陷偶极中心，在交变电磁场作用下能够发生缺陷偶极极化弛豫并消耗电磁能量；同时，mg2+掺杂导致的晶格畸变、缺陷富集区及晶界结构变化可进一步增强界面极化效应，从而提高材料的介电损耗能力。此外，氧空位浓度的调控能够改变晶格振动状态及局域电子结构，实现对3~5 μm波段红外特征的调控。因此，本发明利用mg2+掺杂诱导氧空位缺陷，实现了红外特征调控与电磁波衰减能力的协同优化，获得兼具红外隐身和雷达波隐身功能的兼容隐身材料。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、与现有srzro3基红外隐身材料相比，本发明通过mg2+对锆位的部分取代，在保持钙钛矿主相结构稳定的同时，引入可控浓度的氧空位缺陷。该缺陷结构一方面通过激活红外活性声子振动模式和细化晶粒，实现了红外发射率在0.595~0.735范围内的宽幅可调；另一方面，氧空位在交变电磁场中产生偶极极化损耗，结合晶界引起的界面极化损耗，显著增强了材料对雷达波的介电吸收能力。

36、本方案制备所得材料在3~5μm波段具有红外和雷达波吸收能力，实现了红外与雷达波段的兼容隐身；该材料具有良好高温稳定性和结构可控性；所采用的srzro3基体为高熔点钙钛矿氧化物陶瓷，其熔点约为2700℃；mg2+掺杂后仍能保持稳定晶相结构，因此材料具备良好的耐高温服役潜力和结构稳定性，可应用于航空发动机高温部件等多频谱隐身防护领域。本发明通过mg2+掺杂诱导氧空位缺陷及晶格畸变，在保持srzro3钙钛矿结构稳定的基础上调控材料的红外特征和电磁响应行为。

37、相较于现有技术公开的材料，本发明针对红外与雷达波兼容隐身应用，材料不仅能够实现红外特征调控，还具备良好的电磁波衰减能力和阻抗匹配特性；具体的，本发明通过mg2+取代zr4+引入可控氧空位缺陷，在实现红外特征调控的同时增强介电损耗和界面极化效应，从而获得雷达波吸收能力，两者解决的技术问题和实现机制均存在本质区别。