一种点阵夹芯超材料覆盖层及其制作方法

本发明涉及水下航行器的反雷达探测，特别涉及水下航行器对抗雷达探测且兼具抗冲击性能的抗冲隐身一体化超材料覆盖层及其制作方法。

背景技术：

1、近些年，声学覆盖层技术是实现水下航行器声隐身的关键，其声学特性的研究已然成为了一个热门的研究领域。随着点阵夹芯超材料这一概念的提出，涌现出许多具有特殊物理性质的声学超材料/结构。但是，由于声波在水下传播的复杂性与特殊性，使点阵夹芯超材料在水下吸隔声方向的应用受到限制，相对的研究较少。现有的超材料吸波结构一般仅对单一频率较窄波段范围的波可实现吸收，柔弹性超材料点阵结构已被验证具备吸波、抗冲等多种功能，但柔弹性超材料太赫兹吸收材料，一般为薄膜或者泡沫形式，在达到预计吸收率的情况下却又无法保证厚度实现优秀的力学性能，尤其在应对破片等其他可能的冲击时，无法起到很好的抗冲吸能效果。因此，通过合理设计的超材料结构可兼备宽频隐身吸波、抗冲防护的功能，有望成为水下航行器实现抗冲隐身一体化的有效手段。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种点阵夹芯超材料覆盖层及其制作方法。赋予覆盖层材料吸波和承载抗冲的双重性能，有效的将隐身吸波与抗冲吸能结合在一起，为水下航行器实现抗冲隐身一体化提供新的防护设计方案。

2、为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种点阵夹芯超材料覆盖层，其从上至下依次由表层柔性波吸收层、点阵夹芯超材料层、底层柔性波吸收层组成。

4、所述表层柔性吸收层是柔性pdms(聚二甲基硅氧烷)复合材料与纳米级碳基吸收剂构成的混合层；

5、所述点阵夹芯超材料层的材料包括柔性pdms复合材料与纳米级碳基复合材料3d打印点阵超材料层；

6、所述底层柔性波吸收层的结构和材料与表层柔性吸收层相同。

7、作为优选，所述表层柔性吸收层是将纳米级碳基吸收剂加入pdms溶液，混合通过3d打印制备而成。

8、作为优选，所述表层柔性吸收层的具体制备方法为：将低粘度pdms复合材料溶液与高粘度复合材料溶液以质量比7：3混合，通过磁力搅拌器搅拌1h混合均匀得到pdms复合材料溶液；然后按照pdms复合材料溶液重量：光引发剂重量＝49：1的比例添加光固化引发剂。然后加入纳米级碳基吸收剂，先通过超声机对纳米级碳纳米管进行超声分散300s，再接着通过桨式搅拌器搅拌30min，然后放入真空机中进行抽气消泡，真空保持15min，取出后得到3d打印浆料；然后采用dlp(数字光处理)3d打印机进行打印，制备柔性pdms复合材料与纳米级碳基吸收剂混合层。

9、作为优选，所述的纳米级碳基吸收剂的材料为石墨烯或炭黑的单质或混合物。

10、作为优选，所述的低粘度pdms复合材料动态粘度为3300至3500厘泊。

11、作为优选，所述的高粘度pdms复合材料动态粘度为66000至66700厘泊。

12、作为优选，所述点阵夹芯超材料层是将三维点阵模型通过切片导入3d打印机，使用第一步混合制备得到的3d打印浆料，通过逐层光固化得到的。

13、作为优选，所述点阵夹芯超材料层的点阵结构为多层胞元点阵结构，且为梯度结构，与第1层介质层相结合的第一层胞元单胞小于0.5mm，胞元单杆粗小于0.3mm。第二层总厚度不超过6mm。

14、作为优选，所述底层柔性波吸收层的结构和材料与表层柔性波吸收层相同；

15、作为优选，所述表层柔性波吸收层和底层柔性波吸收层的厚度不超过0.5mm。

16、本发明还公开了一种点阵夹芯超材料覆盖层的制作方法，包括以下步骤：

17、第一步：将低粘度pdms复合材料溶液与高粘度pdms复合材料溶液以质量比7：3混合，通过磁力搅拌器搅拌1h混合均匀得到pdms复合材料溶液；

18、然后按照pdms复合材料溶液重量：光引发剂重量＝49：1的比例添加光固化引发剂，光引发剂为tpo-l(2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯)得到树脂基料；

19、然后加入石墨烯和炭黑颗粒，粒径低于20nm，树脂基料与颗粒的质量比为10：2；

20、通过超声机对纳米级碳纳米管进行超声分散300s，再接着通过桨式搅拌器搅拌30min；

21、然后放入真空机中进行抽气消泡，真空保持15min，取出后得到3d打印浆料；

22、采用数字光处理3d打印机进行打印，打印厚度为0.4mm厚的柔性pdms复合材料与纳米级碳基吸收剂混合层2块，长宽尺寸为50mm×50mm。

23、第二步：在0.4mm厚的柔性pdms复合材料与纳米级碳基吸收剂混合层下表面喷涂石墨烯混铝涂层，形成底层柔性波吸收层和表层柔性吸收层。

24、第三步：使用第一步配置比例的3d打印浆料，对3d梯度点阵结构进行打印，打印切片厚度设为10um，点阵结构的第一层单胞为0.5mm,杆粗为0.1mm，孔径范围为120um至300um，胞元结构为体心立方结构，总层厚6mm，长宽尺寸为50mm×50mm，打印完成形成点阵夹芯超材料层。

25、第四步：打印完成后，将表层柔性吸收层放于加热台，涂低粘度pdms复合材料溶液后，将打印好的点阵夹芯超材料层对齐放在上面，加热至100℃固化45min，取下加热台，然后将底层柔性波吸收层放置加热台上，表面涂低粘度pdms复合材料溶液，将点阵夹芯超材料层翻转，放置在加热台上，同样加热至100℃，固化45min。最后形成点阵夹芯超材料覆盖层。

26、与现有技术相比，本发明的优点在于：

27、1.优异的吸波性能：通过表层柔性吸收层和点阵夹芯超材料层的结合，可实现对太赫兹波的高吸收率，吸收率可达到74％以上。同时，点阵夹芯超材料层的多次多角度反射和损耗设计，可以显著降低太赫兹波的反射和透射，实现几乎无反射的效果。

28、2.抗冲击吸能性能：点阵夹芯超材料层的梯度设计可以实现在面对冲击波等载荷时的高效能量吸收和减速作用，具有良好的抗冲击性能。

29、3.柔性设计：该覆盖层采用柔性pdms复合材料制备，具有较好的柔性和可塑性，可以实现对复杂曲面的粘贴和适应性。

30、4.易于生产和组装：覆盖层的制备方法相对简单，通过3d打印技术可以实现快速制备。同时，柔性设计和材料的易处理性，使得该覆盖层的组装和生产较为容易，具有较低的生产成本和时间成本。

技术特征：

1.一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：其从上至下依次由表层柔性波吸收层、点阵夹芯超材料层、底层柔性波吸收层组成；

2.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述表层柔性吸收层是将纳米级碳基吸收剂加入pdms溶液，混合通过3d打印制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述表层柔性吸收层的具体制备方法为：将低粘度pdms复合材料溶液与高粘度复合材料溶液以质量比7：3混合，通过磁力搅拌器搅拌1h混合均匀得到pdms复合材料溶液；然后按照pdms复合材料溶液重量：光引发剂重量＝49：1的比例添加光固化引发剂；然后加入纳米级碳基吸收剂，先通过超声机对纳米级碳纳米管进行超声分散300s，再接着通过桨式搅拌器搅拌30min，然后放入真空机中进行抽气消泡，真空保持15min，取出后得到3d打印浆料；然后采用dlp(数字光处理)3d打印机进行打印，制备柔性pdms复合材料与纳米级碳基吸收剂混合层。

4.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述的纳米级碳基吸收剂的材料为石墨烯或炭黑的单质或混合物。

5.根据权利要求3所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述的低粘度pdms复合材料动态粘度为3300至3500厘泊。

6.根据权利要求3所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述的高粘度pdms复合材料动态粘度为66000至66700厘泊。

7.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述点阵夹芯超材料层是将三维点阵模型通过切片导入3d打印机，使用第一步混合制备得到的3d打印浆料，通过逐层光固化得到的。

8.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述点阵夹芯超材料层的点阵结构为多层胞元点阵结构，且为梯度结构，与第1层介质层相结合的第一层胞元单胞小于0.5mm，胞元单杆粗小于0.3mm；第二层总厚度不超过6mm。

9.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯超材料覆盖层，其特征在于：所述底层柔性波吸收层的结构和材料与表层柔性波吸收层相同；表层柔性波吸收层和底层柔性波吸收层的厚度不超过0.5mm。

10.一种根据权利要求1至9其中一项所述的点阵夹芯超材料覆盖层的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种点阵夹芯超材料覆盖层及其制作方法，其从上至下依次由表层柔性波吸收层、点阵夹芯超材料层、底层柔性波吸收层组成。所述表层柔性吸收层是柔性PDMS复合材料与纳米级碳基吸收剂构成的混合层；所述点阵夹芯超材料层的材料包括柔性PDMS复合材料与纳米级碳基复合材料3D打印点阵超材料层；所述底层柔性波吸收层的结构和材料与表层柔性吸收层相同。本发明的优点是：具有吸波性能优秀、抗冲击吸能性能良好、柔性设计和易于生产组装等优点。技术研发人员：李营,李素云,黄治新,周志伟受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15