透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及低可探测材料技术领域，具体涉及一种透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料及其制备方法。


背景技术：

2.单一的低可探测手段已经无法满足日益成熟的多波段探测威胁，其中红外与雷达复合探测防护材料是目前低可探测材料的发展方向。红外低可探测材料是一种高反射低吸收型材料与传统的雷达吸收材料矛盾，二者存在兼容难题。
3.传统的红外与雷达兼容低可探测手段是通过在雷达吸收材料的表面喷涂一层红外低发射率涂层材料，这对内侧的雷达吸收性能造成了很大的影响。同时二者兼容后的色彩与被防护目标原先的颜色相差甚远，破坏了其可见光特征。随着新型人工电磁材料的发展，通过人为设计顶层的红外频率选择表面，可以较好的解决传统技术中红外与雷达兼容难题。
4.中国专利cn102179968a公开一种雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法，该兼容隐身材料主要是由雷达吸波结构层与红外隐身功能层复合组成，雷达吸波结构层为玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料制成，红外隐身功能层为一容性频率选择表面。本发明的制备方法为，先通过pcb工艺制备容性频率选择表面；再通过丝网印刷工艺用导电碳浆在玻璃纤维平纹布上制备一层电阻片；然后以环氧树脂为基材，以玻璃纤维平纹布为增强材料，采用树脂成型工艺制备一玻璃纤维增强的玻璃钢复合材料，最后通过固化成型使容性频率选择表面复合叠加，制得雷达与红外兼容隐身材料。
5.中国专利cn106427115a公开一种基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料及其制备方法，该基于双层超材料的耐高温雷达红外兼容隐身材料为层状结构，由内至外依次包括介质层ⅰ、电阻型高温超材料层、介质层ⅱ、修饰层和频率选择表面层；其中，介质层ⅰ和介质层ⅱ均为氧化物纤维增强氧化物基复合材料；电阻型高温超材料层主要由呈周期性图案的耐高温电阻涂层组成；修饰层为玻璃涂层；频率选择表面层主要由呈周期性图案的耐高温、抗氧化、低红外发射率的贵金属镀层组成。
6.中国专利cn106007799a公开一种基于双层频率选择表面的雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法，该雷达与红外兼容隐身材料为层状结构，由内至外依次包括介质基底层、电阻型容性频率选择表面层、中间介质层和金属型容性频率选择表面层。本发明的制备方法包括先选取和制备所述介质基底层，再采用丝网印刷工艺在介质基底层上制备电阻型容性频率选择表面层，再采用刷涂工艺在电阻型容性频率选择表面层上制备中间介质层，最后采用物理沉积工艺在中间介质层上制备金属镀膜，再采用激光工艺将金属镀膜刻蚀成频率选择表面，完成雷达与红外兼容隐身材料的制备。
7.中国专利cn106116585 a公开一种耐高温雷达和红外兼容隐身材料及其制备方法，该隐身材料为层状结构，由内至外主要由碳化硅复合材料层、抗氧化修饰层、金属频率选择表面层构成；其中，抗氧化修饰层为堇青石玻璃涂层，金属频率选择表面层主要由呈周
期性图案的耐高温、抗氧化的金属镀层组成。本发明的制备方法：采用先驱体浸渍裂解工艺制备碳化硅复合材料层；再采用刷涂工艺将堇青石玻璃浆料均匀刷涂于碳化硅复合材料层表面，在碳化硅复合材料表面制备出抗氧化修饰层；然后采用物理沉积工艺在抗氧化修饰层上制备金属镀层，最后采用激光刻蚀工艺将金属镀层刻蚀成频率选择表面，完成雷达和红外兼容隐身材料的制备。
8.中国专利cn103158299a公开一种雷达与红外兼容隐身材料及其制备方法，该隐身材料从上到下依次包括金属型容性频率选择表面层、中间介质层、电阻型容性频率选择表面层和介质基底层；金属型、电阻型容性频率选择表面层均为矩阵式结构，金属型容性频率选择表面层选用的金属为具有低红外发射率的金属；中间介质层和介质基底层的介电常数为3～10，介电损耗为0.01～0.50；该隐身材料的制备主要包括：先采用丝网印刷等工艺制备金属膜层，然后采用pcb工艺等在金属膜层上刻蚀出金属型容性频率选择表面层，再通过丝网印刷工艺在介质基底层上制备电阻型容性频率选择表面层，最后采用真空袋压的方法通过粘结剂粘合成整体。
9.中国专利cn 111585041a公开一种雷达/红外兼容隐身超表面，包括自下而上依次设置的导电反射层、介质层和导体薄膜功能层；所述导体薄膜功能层为贴片大单元i和贴片大单元ii的m
×
m阵列结构；所述贴片大单元i是由贴片小单元i构成的n1×
n1的阵列结构，所述贴片大单元ii是由贴片小单元ii构成的n2×
n2的阵列结构；其中，m为偶数；贴片大单元i和贴片大单元ii尺寸相同，且数量相等；贴片小单元i和贴片小单元ii尺寸不同。
10.上述专利中公开的隐身材料虽然能够较好的兼容雷达与红外，但是其雷达吸收频带有限，不具备宽带效应，同时不具备可见光透明特征，无法兼容可见光低可探测属性，不利于进一步拓展材料的防护性能；且上述材料属于硬质材料，不适合在无规则表面贴附使用。
11.目前，亟需提供一种能够较好的兼容雷达与红外，又具有可见光透过特性的隐身材料。


技术实现要素：

12.本发明的目的是提供一种透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，具有红外与雷达复合低可探测特性，又具有可见光透过特性，拓宽了雷达吸收频段；本发明同时提供其制备方法。
13.本发明所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，由红外低辐射功能层和雷达吸收层组成，红外低辐射功能层为可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面，雷达吸收层包含透明介质层与透明导电层。
14.其中：
15.所述的可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面由ito导电薄膜材料组成。所述的ito导电薄膜材料以透明柔性衬底pet为基底，基底厚度为0.1mm～0.2mm，优选0.175mm。
16.所述的可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面的方阻为5ω/sq～8ω/sq，单元周期为0.35mm～0.75mm，缝隙宽度为0.04mm～0.08mm。
17.所述的雷达吸收层从上往下排序依次是第一透明介质层、第一透明导电层、第二
透明介质层、第二透明导电层，第一透明导电层上设置圆形阵列的吸收结构。
18.所述的第一透明介质层与第二透明介质层均为pvc材料。所述的第一透明介质层与第二透明介质层的介电常数均为2.5～4.5，厚度均为2mm～4mm。
19.所述的第一透明导电层与第二透明导电层均为透明的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料。所述的第一透明导电层的方阻为40ω/sq～80ω/sq，第二透明导电层的方阻为5ω/sq～8ω/sq；第一透明导电层上设置有多个圆形阵列的吸收结构。
20.本发明所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料的制备方法，包括以下步骤：
21.(1)采用激光刻蚀工艺制备红外低辐射功能层：采用刻蚀的方式将红外低辐射功能层中的ito透明导电薄膜材料刻蚀，只刻蚀ito透明导电薄膜材料部分，不将透明柔性衬底pet刻穿，得到具有缝隙的可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面；
22.(2)根据预先设置的刻蚀图案，采用激光刻蚀的方式刻蚀雷达吸收层中的第一透明导电层，得到多个圆形阵列吸收结构的第一透明导电层；
23.(3)采用透明光学固化胶依次复合红外功能层和雷达吸收层，顺序依次为红外低辐射功能层、第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层和第二透明导电层，最后再经过固化处理，得到透明柔性的红外与雷达复合低可探测结构。
24.其中所述的固化处理温度为50～60℃。
25.本发明的有益效果如下：
26.本发明所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，由红外低辐射功能层和雷达吸收层组成，雷达吸收层从上往下排序依次是第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层、第二透明导电层。雷达吸收层中第二透明导电层的设置，能够阻止雷达波透射，起到反射的效果；第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层的设置，这种介质 导电层 介质的排序效果是根据仿真设计优化后的结果，有利于雷达吸收结构对入射的雷达波形成合适的阻抗匹配效果，有利于增强入射雷达波的透射和吸收效果，进而提高雷达的防护带宽。
27.本发明透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料在兼容红外与雷达低可探测性能的同时，还兼具可见光透过特征，能够实现与可见光兼容的低可探测效果，同时该复合结构还具有一定的柔性特征，可以用于一些无规则的表面。
28.本发明透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料具有宽带雷达波吸收性能，能够在4～18ghz的主流雷达频段下，雷达反射率低于-10db，且具有角度不敏感和偏振不敏感特性，原因在于该雷达吸收层中的第一透明导电层具有对称性的n*n圆形阵列，入射雷达波会引起圆形附近的电荷移动形成位移电流，导致了电磁波能量的吸收耗散。普通吸收结构没有进行特殊的图案化处理，其吸收带宽有限。
29.本发明透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料制备工艺相对简单，激光刻蚀技术较为成熟，利用现有的设备可实现本发明兼容低可探测材料制备易于规模化生产和应用，从而实现雷达与红外兼容材料的实际应用。
30.本发明的复合低可探测材料不仅结构简单、成本低、制作方便，而且在红外与雷达复合低可探测的基础上增加了可见光透过特性，还拓宽了雷达吸收频段，有利于进一步拓展其在低可探测领域的应用。
附图说明
31.图1是本发明透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料的整体结构示意图；
32.图2是本发明实施例1中的红外低辐射功能层的结构示意图；
33.图3是本发明实施例1中的雷达吸收层中的第一透明导电层上圆形阵列的结构示意图；
34.图4是本发明实施例1中的雷达波反射曲线；
35.图5是本发明实施例2中的雷达波反射曲线；
36.图6是本发明实施例3中的雷达波反射曲线；
37.图7是本发明对比例1中的雷达波反射曲线。
具体实施方式
38.以下结合实施例对本发明做进一步描述。
39.所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，如图1所示，由红外低辐射功能层和雷达吸收层组成，所述的红外低辐射功能层简称红外功能层；红外低辐射功能层为可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面，雷达吸收层从上往下排序依次是第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层、第二透明导电层。
40.所述红外低辐射功能层经过激光刻蚀处理形成具有一定缝隙结构的频率选择表面，具备红外低辐射雷达高透过的能力，其结构示意图如图2所示；
41.所述雷达吸收层的第一透明导电层具有n*n的圆形阵列，入射雷达波会引起圆形附近的电荷移动形成位移电流，导致电磁波能量的吸收耗散，其结构示意图如图3所示。
42.实施例1
43.透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，红外低辐射功能层和雷达吸收层组成；
44.所述的红外低辐射功能层为可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面，由低阻值的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料组成，其方阻为5ω/sq，单元周期为0.5mm，缝隙宽度为0.05mm；ito导电薄膜材料以透明柔性衬底pet为基底，基底厚度为0.175mm；
45.所述的雷达吸收层从上往下排序依次是第一透明介质层、第一透明导电层，第二透明介质层，第二透明导电层。其中第一透明介质层与第二透明介质层均为pvc材料，介电常数均为2.8，厚度均为3mm；第一透明导电层与第二透明导电层均为透明的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料，第一透明导电层的方阻为50ω/sq，第二透明导电层的方阻为5ω/sq。第一透明导电层上设置有2*2圆形阵列的吸收结构。
46.所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料的制备方法，包括以下步骤：
47.(1)采用激光刻蚀工艺制备红外低辐射功能层：采用刻蚀的方式将红外低辐射功能层中的ito透明导电薄膜材料刻蚀，只刻蚀ito透明导电薄膜材料部分，不将透明柔性衬底pet刻穿，得到具有缝隙(缝隙宽度为0.05mm)的可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面；
48.(2)根据预先设置的刻蚀图案，采用激光刻蚀的方式刻蚀雷达吸收层中的第一透明导电层，得到多个圆形阵列的吸收结构，第一透明导电层采用的是方阻为50ω/sq的ito透明导电薄膜材料；
49.(3)采用透明的光学固化胶依次复合红外功能层和雷达吸收层，顺序依次为红外低辐射功能层、第一透明介质层、第一透明导电层，第二透明介质层和第二透明导电层，最后再经过55℃低温固化处理，得到透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料。该复合低可探测材料的透明度能达到50％以上；在4～18ghz处的雷达反射率低于-10db，雷达波反射曲线如图4所示；在3～14μm波段范围的红外发射率为0.2。因此该红外与雷达复合低可探测材料具有良好的红外与雷达低可探测性能，同时兼具可见光透明效果，有利于兼容可见光防护性能。
50.实施例2
51.透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，红外低辐射功能层和雷达吸收层组成；
52.所述的红外低辐射功能层为可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面，由低阻值的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料组成，其方阻为8ω/sq，单元周期为0.75mm，缝隙宽度为0.08mm；ito导电薄膜材料以透明柔性衬底pet为基底，基底厚度为0.175mm；
53.所述的雷达吸收层从上往下排序依次是第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层、第二透明导电层。其中第一透明介质层与第二透明介质层均为pvc材料，介电常数均为4.5，厚度均为4mm；第一透明导电层与第二透明导电层均为透明的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料，第一透明导电层的方阻为80ω/sq，第二透明导电层的方阻为8ω/sq。第一透明导电层上设置有2*2圆形阵列的吸收结构。
54.所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料的制备方法，包括以下步骤：
55.(1)采用激光刻蚀工艺制备红外低辐射功能层：采用刻蚀的方式将红外低辐射功能层中的ito透明导电薄膜材料刻蚀，只刻蚀ito透明导电薄膜材料部分，不将透明柔性衬底pet刻穿，得到具有缝隙(缝隙宽度为0.08mm)的可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面；
56.(2)根据预先设置的刻蚀图案，采用激光刻蚀的方式刻蚀雷达吸收层中的第一透明导电层，得到多个圆形阵列的吸收结构，第一透明导电层采用的是方阻为80ω/sq的ito透明导电薄膜材料；
57.(3)采用透明的光学固化胶依次复合红外功能层和雷达吸收层，顺序依次为红外低辐射功能层、第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层和第二透明导电层，最后再经过50℃低温固化处理，得到透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料。该复合低可探测材料的透明度能达到50％以上，在4.6～18ghz处的雷达反射率低于-10db，其雷达波反射曲线如图5所示，在3～14μm波段范围的红外发射率为0.21。
58.实施例3
59.透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料，红外低辐射功能层和雷达吸收层组成；
60.所述的红外低辐射功能层为可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面，由低阻值的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料组成，其方阻为6ω/sq，单元周期为0.35mm，缝隙宽度为0.05mm；ito导电薄膜材料以透明柔性衬底pet为基底，基底厚度为0.175mm；
61.所述的雷达吸收层从上往下排序依次是第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层、第二透明导电层。其中第一透明介质层与第二透明介质层均为pvc材料，介电
常数均为3.5，厚度均为2mm；第一透明导电层与第二透明导电层均为透明的ito(氧化铟锡)导电薄膜材料，第一透明导电层的方阻为40ω/sq，第二透明导电层的方阻为6ω/sq。第一透明导电层上设置有2*2圆形阵列的吸收结构。
62.所述的透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料的制备方法，包括以下步骤：
63.(1)采用激光刻蚀工艺制备红外低辐射功能层：采用刻蚀的方式将红外低辐射功能层中的ito透明导电薄膜材料刻蚀，只刻蚀ito透明导电薄膜材料部分，不将透明柔性衬底pet刻穿，得到具有缝隙(缝隙宽度为0.05mm)的可见光透明的高频带通低频截止的频率选择表面；
64.(2)根据预先设置的刻蚀图案，采用激光刻蚀的方式刻蚀雷达吸收层中的第一透明导电层，得到多个圆形阵列的吸收结构，第一透明导电层采用的是方阻为40ω/sq的ito透明导电薄膜材料；
65.(3)采用透明的光学固化胶依次复合红外功能层和雷达吸收层，顺序依次为红外低辐射功能层、第一透明介质层、第一透明导电层、第二透明介质层和第二透明导电层，最后再经过50℃低温固化处理，得到透明柔性的红外与雷达复合低可探测材料。该复合低可探测材料的透明度能达到50％以上，在4.2～18ghz处的雷达反射率低于-10db，其雷达波反射曲线如图6所示，在3～14μm波段范围的红外发射率为0.24。
66.对比例1
67.雷达吸收层中的第一透明导电层不设置圆形阵列的吸收结构，其余步骤同实施例1。该复合低可探测材料的透明度在50％以下，仅为45％，在4～18ghz处的雷达反射率低于-4.5db，其雷达波反射曲线如图7所示，在3～14μm波段范围的红外发射率为0.2。