一种宽带电磁波隐身超材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于电磁隐身材料，尤其涉及一种宽带电磁波隐身超材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来，电磁波造成的电磁干扰、信息泄露以及电磁污染等问题日益增长，不仅严重影响电子设备的正常工作，还会对人类和动物的生命健康构成严重的威胁。因此，电磁辐射的隐身和屏蔽一直都是科学领域以及军工领域中重要的研究课题。

2、随着军事探测和现代通信技术的迅速发展，人类不仅仅局限于简单的电子设备及雷达所涵盖的电磁波频率，对电磁波的隐身以及屏蔽效果越来越多的覆盖红外、可见光、紫外光等多频段范围。目前，大多数电磁屏蔽材料都存在结构、功能以及屏蔽波段上的单一性，从而使其应用范围受到极大的限制。如何在宽频波段上实现良好的相容性这一问题对材料自身的性质和进一步调控提出了新挑战。

3、因此，如何通过合理的结构设计提供一种宽频电磁屏蔽材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种宽带电磁波隐身超材料及其制备方法与应用，能够解决现有技术中电磁隐身或屏蔽材料在结构、功能方面仅对单一频段的电磁波有效的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种宽带电磁波隐身超材料，包括中间体及本征导电聚合物聚吡咯(ppy)，利用中间体调整聚吡咯分子链间距，形成二维空间排列的聚吡咯分子链。

4、有益效果：二维空间排列的聚吡咯分子链可以更好的应对工作电磁波的相应。

5、优选的，聚吡咯分子链间距为0.25-0.45nm。

6、有益效果：聚吡咯分子链间距为0.41nm时，能保证二维空间排列更规整，更有利于实现宽频的工作场景。

7、优选的，所述中间体包括第一中间体和第二中间体；

8、优选的，所述第一中间体包括可以与吡咯单体中nh2基团反应的二磺酸化合物、二羧基化合物和酰胺中的一种或任意几种；

9、更优选为4,4’-联苯二磺酸(bpdsa)、1,2-乙二磺酸、1,4丁二磺酸、4,4’-联苯二羧酸、1,4丁二羧酸、邻苯二酰胺和邻苯二甲酰亚胺中的一种或任意几种；

10、所述第二中间体为金属有机配体，包括钠离子、锌离子、铁离子、铜离子和银离子中的一种或任意几种。

11、更优选为1,3,6,8-芘四磺酸四钠盐(ptsa)和/或钛箐铜四磺酸钠盐。

12、有益效果：1,3,6,8-芘四磺酸四钠盐(ptsa)和/或钛箐铜四磺酸钠盐更有利于增强导电聚合物链间的链间电荷运输，并且这两种中间体与聚吡咯之间的空间和静电相互作用有利于聚吡咯链的自组装。

13、一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，包括以下步骤：

14、将第一中间体与吡咯的混合溶液a与第二中间体和氧化剂的混合溶液b同时喷涂于基体表面进行聚合反应，反应结束后清洗，即得到所述宽带电磁波隐身超材料。

15、优选的，具体包括以下步骤：

16、(1)混合溶液a的配制：将第一中间体溶解于有机溶剂中，得到第一中间体溶液，再将吡咯(py)溶液与第一中间体溶液混合并于-5-40℃下搅拌0.5-5h，优选为0-20℃下搅拌1-3h，得到混合溶液a；

17、(2)混合溶液b的配制：将第二中间体加入至氧化剂溶液中，常温下搅拌0.5-2h至溶解，优选搅拌0.8-1.5h，得到混合溶液b；

18、(3)基体预处理：将基体置于预设反应温度的环境下，直到基体温度与预设反应温度相同；

19、(4)宽带电磁波隐身超材料的制备：将混合溶液a和混合溶液b分别通过两个喷枪注射泵按照一定比例的推进速度喷涂在基体表面进行聚合反应，反应结束后用蒸馏水和无水乙醇反复清洗，去除杂质，烘干，根据实际需要选择在基体上剥离，即得到所述宽带电磁波隐身超材料。

20、优选的，所述基体为柔性基体或硬性基体，包括但不限于织物、薄膜、玻璃、墙体、仪器表面；基体形状可以为任意形状，包括但不限于平面、球形、三角形或异形；基体材料包括但不限于有机材料、无机材料、天然材料。

21、有益效果：本发明提供的方法没有基体的限制，扩宽了应用领域。

22、优选的，步骤(1)中所述吡咯溶液的浓度为0.5-20wt％，更优选为1-10wt％，第一中间体溶液的浓度为0.01-1wt％，更优选为0.05-0.5wt％，吡咯溶液与第一中间体溶液的体积比为(100-350)：1。

23、优选的，步骤(2)中所述氧化剂溶液的浓度为0.1-1mol/l，更优选为0.3-0.8mol/l，所述第二中间体的浓度为0.1-1.5wt％；

24、所述第二中间体与第一中间体的质量比为1:3～1:50，更优选为1:5～1:20。

25、有益效果：在该质量比下更有益于得到排列整齐的二维网状聚吡咯分子链。

26、优选的，所述氧化剂为三氧化铁、过硫酸铵、氯化铜或过氧化氢中的一种或任意几种。其溶剂为丙酮、甲醇、乙二醇、二甲基亚砜中的一种或任意几种，优选丙酮。

27、有益效果：以氧化剂丙酮溶液为氧化剂时，可以更好的控制聚吡咯分子链的形貌与结构。

28、优选的，所述喷涂过程中，混合溶液a与混合溶液b的喷涂速度(即步骤(4)中所述推进速度)比为2:1～10:1，更优选为3:1～6:1。

29、有益效果：限定喷涂速度，可以控制吡咯聚合反应的速度，使聚合过程更加稳定，可以让分子链更加稳定的按照设计方案生长，所聚合得到的聚吡咯分子链排列更规整。

30、优选的，所述聚合反应的温度为-5～40℃，时间为0.5-9h。

31、更为优选的，所述聚合反应的温度为0-20℃，时间为2-3h。

32、有益效果：在较低的聚合温度下，可以让聚合反应更稳定，并且聚合成较好的形貌。适宜的聚合时间可以防止氧化剂过氧化聚吡咯分子链。

33、一种宽带电磁波隐身超材料在电磁屏蔽、电磁隐身、传感器或智能触摸传导领域中的应用。

34、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

35、本发明通过对聚吡咯单一分子链的共轭体系进行设计以及对分子链间间距进行调整，制备了具有宽频轻质柔性特征的宽带电磁波隐身超材料。所制备的电磁波材料具有分子级别的分子谐振环结构，同时具有更加规整更长的单分子链及分子链排布，可实现更宽电磁波的隐身功能。

技术特征：

1.一种宽带电磁波隐身超材料，其特征在于，在吡咯聚合过程中，利用中间体调整聚吡咯分子链间距，形成二维空间排列的聚吡咯分子链。

2.根据权利要求1所述的一种宽带电磁波隐身超材料，其特征在于，聚吡咯分子链间距为0.25-0.45nm。

3.根据权利要求1所述的一种宽带电磁波隐身超材料，其特征在于，所述中间体包括第一中间体和第二中间体；

4.如权利要求1-3任一项所述的一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶液a为将第一中间体溶液与吡咯溶液混合搅拌后得到；

6.根据权利要求4所述的一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶液b中，氧化剂的浓度为0.1-1mol/l，第二中间体的浓度为0.1-1.5wt％，所述第二中间体与第一中间体的质量比为1:(3-50)。

7.根据权利要求6所述的一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为三氧化铁、过硫酸铵、氯化铜或过氧化氢中的一种或任意几种。

8.根据权利要求4所述的一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，其特征在于，所述喷涂过程中，混合溶液a与混合溶液b的喷涂速度比为2:1～10:1。

9.根据权利要求4所述的一种宽带电磁波隐身超材料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为-5～40℃，时间为0.5-9h。

10.如权利要求1-3任一项所述的一种宽带电磁波隐身超材料在电磁屏蔽、电磁隐身、传感器或智能触摸传导领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种宽带电磁波隐身超材料及其制备方法与应用，属于电磁隐身材料技术领域，该宽带电磁波隐身超材料利用中间体调整聚吡咯分子链间距，形成二维空间排列的聚吡咯分子链。其制备方法包括以下步骤：将第一中间体与吡咯的混合溶液A与第二中间体和氧化剂的混合溶液B同时喷涂于基体表面进行聚合反应，反应结束后清洗，即得到所述宽带电磁波隐身超材料。本发明还公开了该材料在电磁屏蔽、电磁隐身、传感器或智能触摸传导领域中的应用。本发明所制备的电磁波材料具有分子级别的分子谐振环结构，同时具有更加规整更长的单分子链及分子链排布，可实现更宽电磁波的隐身功能。技术研发人员：王闻宇,王一璠,金欣,钱晓明,朵永超受保护的技术使用者：千帆智能科技（天津）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21