一種碳納米管薄膜頻率選擇表面的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及頻率選擇表面技術領域，特別的涉及一種碳納米管薄膜頻率選擇表 面。
【背景技術】
[0002] 頻率選擇表面（Frequency Selective Surfaces，簡稱FSS)是一種二維周期陣列 結構，就其本質而言是一個空間濾波器，由相同的單元在二維方向上有規律的間隔排列構 成。FSS具有特定的頻率選擇作用而被廣泛地應用于微波、紅外至可見光波段。頻率選擇 表面包括貼片類形和開槽類形。貼片類形是通過在介質表面周期性布滿同樣的金屬貼片獲 得，一般而言是作為帶阻形濾波器使用，能起到低頻透射，高頻反射的作用。開槽類形是通 過在金屬板上周期性的開設槽孔得到，從頻率特性角度分類屬于帶通形頻率選擇表面，能 起到低頻反射，高頻透射的作用。
[0003] 隨著高性能纖維增強樹脂（Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP)復合材料具 有的廣泛應用，越來越多的FRP復合材料用于雷達罩、天線等與電磁波相關的結構，因此將 FSS用于FRP復合材料及其構件的表面也越來越多。現有的FSS多為金屬材質。當將金屬 FSS粘接到FRP復合材料表面后，二者熱膨脹系數相差較大，易產生熱失配問題。環境溫度 劇烈變化時，金屬FSS在FRP復合材料表面會嚴重變形甚至脫落。而在海洋等特殊環境下， 金屬FSS易受到存在腐蝕嚴重等問題。此外，大形雷達等裝置如果僅使用金屬FSS則會導 致結構增重過大等問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種碳納米管薄膜頻率選擇表面，本發明主要解決了現有 技術中金屬FSS應用于FRP及其結構所帶來的熱失配、易腐蝕和結構增重的技術問題。
[0005] 本發明提供一種碳納米管薄膜頻率選擇表面，包括襯底和設置于襯底上的碳納米 管薄膜層，襯底為FRP復合材料；碳納米管薄膜層為周期性開孔的碳納米管薄膜。通過在 FRP復合材料表面設置碳納米管薄膜層，替代原先常用的金屬，能提高所得FSS對急劇變化 溫度的適應能力，減少熱失配情況的出現。同時碳納米管質量輕，導電能力高于多種金屬， 因而能更好的適應FSS的需要。碳納米管質量輕、耐腐蝕，制得的FSS可以適應海洋等腐蝕 嚴重環境的需要，FSS的重量也得到減輕。提高了所得FSS的適用范圍。碳納米管薄膜層 可以是純碳納米管制成的導電薄膜。也可以是摻雜了其他組分材料后導電能力得到提高的 的碳納米管復合膜，例如摻雜了碳納米管的碳納米管/碳納米管復合導電膜或摻雜了金屬 納米顆粒的碳納米管復合導電膜等均可。開孔可以為十字形通孔、Y字形通孔、方孔或圓孔 中任一。但不局限于這些單元。
[0006] 此處所用碳納米管薄膜可以為單壁或多壁碳納米管，碳納米管薄膜材料可采用化 學氣相沉積法、溶液自沉降法、化學改性溶液析出法、過濾法等常用方法制備，但不局限于 這些方法。
[0007] 優選的，碳納米管薄膜層為碳納米管導電薄膜或摻雜碳納米管復合膜。采用該導 電膜時可以有效減少所得FSS的熱失配問題。
[0008] 優選的，碳納米管薄膜層電導率不低于IX 105S/m。任何電導率滿足FSS需要的碳 納米管薄膜層均可。
[0009] 優選的，開孔為十字形通孔、Y字形通孔、方孔或圓孔中任一。優選的，FRP復合材 料為夾芯復合材料、層合板或曲面殼體結構。此處層合板是指多層FRP材料疊置。曲面殼 體是指表面具有曲度的FRP復合材料層合結構或夾芯結構。
[0010] 優選的，FRP復合材料為石英纖維增強環氧樹脂復合材料層合板或復合材料；碳 納米管薄膜層為表面設有多個周期排布的十字形通孔或Y形通孔的碳納米管薄膜；碳納米 管薄膜層厚度為10~100 μ m。采用該結構制得的FSS具有最低的熱失配率。
[0011] 優選的，夾芯板包括兩層面板層和夾設于兩層面板之間的夾芯層，面板層為石英 纖維增強環氧樹脂或石英纖維增強氰酸酯樹脂制成；夾芯層為蜂窩或泡沫制成。泡沫夾芯 材料厚度為IOmm ;石英纖維增強氰酸酯復合材料層厚度完lmm。采用該結構制得的FSS能 有效降低碳納米管與FRP材料之間的熱失配，從而使得所制得的FSS具有最低的熱失配率。
[0012] 本發明另一方面提供了一種如前述碳納米管薄膜頻率選擇表面的制備方法，包括 將表面具有預設圖形的碳納米管薄膜粘貼至FRP復合材料的步驟。該步驟中預設圖形可以 通過激光刻蝕或其他雕刻方法制得，當然并不限于此。還可以為將納米尺度的碳納米管分 散到溶液中作為打印機墨水，通過3D打印得到具有預設圖形的碳納米管薄膜層，之后可根 據需要再經干燥還原得到碳納米管薄膜周期性開孔單元。碳納米管薄膜層的制備方法具體 可以但不限于采用真空抽濾法、旋涂法、浸涂法、自組裝等方法組裝成膜，然后再通過化學 還原和熱還原的方法制備得到碳納米管導電薄膜，也可采用化學氣相沉積、電泳沉積等方 法制備。
[0013] 優選的，預設圖形通過激光刻蝕或3D打印得到。采用該方法能節約成本，提高生 產效率。
[0014] 本發明另一方面提供了一種包含前述碳納米管薄膜頻率選擇表面的雷達罩。該雷 達罩能適應溫度從_50°C~IKTC的急劇變化，而不會由于FSS表面的材料脫落導致雷達罩 失效。
[0015] 本發明的優點：
[0016] 本發明提供的碳納米管薄膜頻率選擇表面，將碳納米管薄膜層設置于FRP復合材 料表面，從而提高了二者的熱匹配性能，減少了由于熱失配導致的FSS失效問題。同時所用 碳納米管薄膜層還具有電導率高、重量輕和耐腐蝕的優點，提高了由FRP制成的FSS的適用 領域。可以制成天線罩、天線襯底、雷達隱身材料、濾波器等。碳納米管薄膜FSS與傳統金 屬FSS的頻率選擇效果相當，而熱失配率低，耐腐蝕，環境適應性強；密度小，結構增重小， 尤其適合用于纖維增強樹脂復合材料表面功能層或作為FRP復合材料的內設一層功能層。
[0017] 本發明所提供的上述碳納米管薄膜頻率選擇表面制備方法，通過將具有預設圖形 的碳納米管薄膜層粘貼于FRP復合材料表面得到FSS，該方法簡單易操作，生產效率較高。
[0018] 本發明提供的包含上述碳納米管薄膜頻率選擇表面的雷達罩，能適應_50°C~ ll〇°C的環境，提高了雷達罩的適應范圍。
[0019] 參考根據本發明的碳納米管薄膜頻率選擇表面的各種實施例的如下描述將使得 本發明的上述和其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0020] 現在將參考附圖更詳細地解釋本發明，其中：
[0021] 圖1是本發明的優選實施例的十字碳納米管薄膜頻率選擇表面立體示意圖；
[0022] 圖2是本發明的優選實施例的十字碳納米管薄膜層立體示意圖；
[0023] 圖3是夾芯形襯底立體不意圖；
[0024] 圖4是本發明的優選實施例的十字形通孔尺寸示意圖；
[0025] 圖5是本發明的優選實施例的H形碳納米管薄膜頻率選擇表面立體示意圖；
[0026] 圖6是本發明的優選實施例的H形碳納米管薄膜層立體示意圖；
[0027] 圖7是本發明的優選實施例的層合形襯底立體示意圖；
[0028] 圖8是本發明的優選實施例的Y字形通孔尺寸示意圖；以及
[0029] 圖9是本發明的優選實施例的方法流程示意圖。
[0030] 圖例說明：
[0031] 100、碳納米管薄膜層；110、十字形通孔；120、Y字形通孔；200、襯底；210、第一纖 維增強樹脂層；220、夾芯層；230、第二纖維增強樹脂層。
【具體實施方式】
[0032] 本發明提供了一種碳納米管薄膜頻率選擇表面，以碳納米管薄膜替代金屬材料， 粘貼于FRP復合材料表面，從而提高了所得FSS的熱匹配性。
[0033] 參見圖1或圖5,碳納米管薄膜層