一种图案化吸波薄膜材料及其制备方法

1.本发明属于吸波材料技术领域，涉及一种图案化吸波薄膜材料及其制备方法。


背景技术：

2.对吸波材料的研究是近年来的一大热点，在军事装备隐身和民用电磁防护等方面都有广泛的应用。随着现代通讯技术的发展和电子产品的普及，广泛存在的电磁波也带来了一系列的环境问题，电磁污染也被认定为水污染、空气污染、噪音污染之后的第四大环境污染，能够吸收特定频段的电磁波的吸波材料对于有效解决电磁污染这个问题有着重要价值。因此在民用领域，对于吸波材料的研究有着重要的意义。而在军用领域，一直以来，能够高效吸收特定频段的电磁波的吸波材料对于武器隐身的实现有着不可替代的意义。
3.近年来，微波吸收材料的制备取得了很大进展，但制备出轻质、厚度薄、化学稳定性强、吸收频率范围宽和吸收性能优异的微波吸收材料仍然是有待解决的热门问题。迄今为止，常见的图案化加工薄膜材料主要是通过图案化的吸波材料和其他多层材料重叠起来用作吸波层，这种技术会显著提高材料的吸波能力，但同时会大幅度增加薄膜的厚度和重量。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种图案化吸波薄膜材料及其制备方法，以克服现有技术图案化吸波材料为多层结构，厚度和重量较大或微波吸收性能不佳等缺陷。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明的技术方案之一提供了一种图案化吸波薄膜材料，该吸波薄膜材料的表面设有若干呈横纵排列的凸起，横向一排的任意两个相邻的凸起的间隔相等，纵向一列的任意两个相邻的凸起的间隔相等。
7.进一步的，横向一排的任意两个相邻的凸起的间隔与纵向一列的任意两个相邻的凸起的间隔相等。
8.进一步的，所述凸起的高度相等。
9.进一步的，所述凸起设置在吸波薄膜材料的同一表面。
10.进一步的，所述凸起的长为200μm，宽为200μm。
11.本发明的技术方案之二提供了上述图案化吸波薄膜材料的制备方法，该方法包括：
12.取薄膜原材料放置于激光打标机平台上，调整激光线，使激光线在薄膜原材料表面横纵交叉得到网格状图案，然后对薄膜原材料进行激光烧蚀，即得到目的产物。
13.进一步的，所述薄膜原材料为mxene薄膜或掺杂银纳米线的mxene薄膜。
14.进一步的，激光烧蚀后所得凸起的高度小于所述薄膜原材料厚度的一半。本发明图案刻蚀方法为交叉网格状刻蚀，如果单条激光刻蚀深度超过(或等于)薄膜原材料厚度的一半，交叉格点处激光会将薄膜原材料穿透。
15.更进一步的，激光烧蚀后所得凸起的高度为所述薄膜原材料厚度的30％。
16.更进一步的，激光烧蚀后所得凸起的高度为所述薄膜原材料厚度的45％。
17.进一步的，每条激光线的功率均相等。
18.本发明图案化吸波薄膜材料在制备过程中，激光线的间距应远小于对应波段的波长尺寸(如：x波段的对应波长为2.5cm～3.75cm，激光线间距可在300μm左右)，原因为：如果激光线间距(即凸起边长)和对应波段波长尺寸可比拟，会变为特征频率响应的超材料，原理和本发明材料不同。
19.本发明通过激光烧蚀在薄膜材料单面刻画出横纵间隔相同的网格状痕迹，相邻痕迹将没有被激光烧蚀的材料围成凸起，激光烧蚀痕迹深度相同，凸起的高度相等。
20.本发明提供了一种可以提高薄膜对特定频段微波的吸收能力，同时不会增加薄膜厚度和质量的图案化加工技术。本发明通过对薄膜材料进行图案化加工，增加了薄膜的表面积，请参见图1-2，在激光烧蚀处添加了很多小界面(即凸起2的四个侧面)，入射波3射向本发明图案化薄膜材料1，形成透射波4和反射波5，由于凸起2的存在，微波在图案化薄膜材料1内部的反射路径增加，形成更多的薄膜内部反射波6，增加了电磁波在图案化薄膜材料1内部的反射损耗，因此本发明图案化薄膜材料具有较好的微波屏蔽效果，同时没有使用多层材料的复合结构，不会增加薄膜材料的厚度和质量，制备出的吸波材料具有轻质、厚度薄的特点。
21.本发明设置凸起高度相等和凸起间隔相等的原因是为了简化制作流程，同时保证吸波材料的均匀性。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.(1)本发明吸波薄膜材料在x波段具有比未经图案化加工的薄膜材料更好的电磁屏蔽效能；对8～12ghz频段的微波的总屏蔽效能可达38db，对比未加工的mxene薄膜材料提升约12％；
24.(2)本发明吸波薄膜材料没有使用多层材料的复合结构，不会增加薄膜材料的厚度和质量，制备出的吸波材料具有轻质、厚度薄的特点。
附图说明
25.图1为微波经过本发明图案化薄膜材料的示意图；
26.图2为本发明图案化薄膜材料的微波屏蔽原理示意图。
27.图中标记说明：
28.1-图案化薄膜材料、2-凸起、3-入射波、4-透射波、5-反射波、6-薄膜内部反射波。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
30.以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明所采用的均为本领域的常规市售原料产品或常规处理技术。
31.以下各实施例中，所使用的mxene薄膜为实验室自制，制备步骤为：
32.(1)制备mxene粉末：利用hcl和lif刻蚀max材料得到mxene粉末，具体制备方法参考文献：m.ghidiu,m.r.lukatskaya,m.q.zhao,y.gogotsi,m.w.barsoum,conductive two-dimensional titanium carbide'clay'with high volumetric capacitance,nature,516(2014)78-81；
33.(2)将步骤(1)中所得mxene粉末配制成溶液，然后以聚丙烯膜(孔径0.25μm，单层膜)作为滤纸，对该溶液进行抽滤，抽滤2h(抽滤压力为仪器固定的，仪器型号：chemvak vf214)，将最终得到的滤饼烘干，即得到厚度为20μm的mxene薄膜。
34.以下各实施例中，所使用的mxene混合50％质量比的银纳米线薄膜为实验室自制，制备步骤为：
35.(1)制备银纳米线：具体制备方法参考文献：x.zhang,x.yan,j.chen,j.zhao,large-size graphene microsheets as a protective layer for transparent conductive silver nanowire film heaters,carbon,69(2014)437-443.
36.(2)将质量比为1：1的银纳米线和mxene粉末均匀混合，然后配置成混合液，以聚丙烯膜(孔径0.25μm，单层膜)作为滤纸，对该混合液进行抽滤，抽滤2h(抽滤压力为仪器固定的，仪器型号：chemvak vf214)，将最终得到的滤饼烘干，即得到厚度为20μm的mxene混合50％质量比的银纳米线薄膜。
37.实施例1：
38.将直径5cm的圆形mxene薄膜放置于激光打标机平台上，用压片压好，设置激光线间距200μm，交叉填充图形，得到网格状图案(任意两条相邻横向激光线的间距均为200μm，任意两条相邻纵向激光线的间距均为200μm)，打开红光观察，防止压片遮挡激光图案，开始激光烧蚀，使凸起的高度为薄膜厚度的20％。该样品在8～12ghz频段的总屏蔽效能约为35db。
39.实施例2：
40.将直径5cm的圆形mxene薄膜放置于激光打标机平台上，用压片压好，设置激光线间距200μm，交叉填充图形，得到网格状图案(任意两条相邻横向激光线的间距均为200μm，任意两条相邻纵向激光线的间距均为200μm)，打开红光观察，防止压片遮挡激光图案，开始激光烧蚀，使凸起的高度为薄膜厚度的30％。该样品在8～12ghz频段的总屏蔽效能约为36db。
41.实施例3：
42.将直径5cm的圆形mxene薄膜放置于激光打标机平台上，用压片压好，设置激光线间距200μm，交叉填充图形，得到网格状图案(任意两条相邻横向激光线的间距均为200μm，任意两条相邻纵向激光线的间距均为200μm)，打开红光观察，防止压片遮挡激光图案，开始激光烧蚀，使图案深度为薄膜厚度的45％。该样品在8～12ghz频段的总屏蔽效能约为38db。
43.实施例4：
44.将直径5cm的圆形mxene混合50％质量比的银纳米线薄膜放置于激光打标机平台上，用压片压好，设置激光线间距200μm，交叉填充图形，得到网格状图案(任意两条相邻横向激光线的间距均为200μm，任意两条相邻纵向激光线的间距均为200μm)，打开红光观察，防止压片遮挡激光图案，开始激光烧蚀，使凸起的高度为薄膜厚度的10％。该样品在8～12ghz频段的总屏蔽效能约为37db。
45.实施例5：
46.将直径5cm的圆形mxene混合50％质量比的银纳米线薄膜放置于激光打标机平台上，用压片压好，设置激光线间距200μm，交叉填充图形，得到间距200μm的网格状图案，打开红光观察，防止压片遮挡激光图案，开始激光烧蚀，使凸起的高度为薄膜厚度的30％。该样品在8～12ghz频段的总屏蔽效能约为38db。
47.对比例1：
48.与实施例1相比，绝大部分都相同，除了不进行激光烧蚀，即得到未经加工的mxene薄膜材料。该样品在8～12ghz频段的总屏蔽效能约为34db。
49.对比例2：
50.与实施例1相比，绝大部分都相同，除了将凸起的高度调整为薄膜厚度的60％。加工后的薄膜在激光交叉格点处烧穿。
51.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。