具体实施方式

本发明提供了一种结构型复合吸波超材料制备与成型的方法，并对结构型超材料进行反射损耗测试，发现在一定质量、厚度下，具有不同几何结构的吸波涂层对电磁波的吸收性能具有相似性，符合Plank-Rozanov带宽——厚度极限。

所提及的复合吸波超材料制备方法包括以下步骤：

S1.一定比例的羰基铁粉和聚氨酯均匀混合后平铺于平板上静置，待表层凝固，形成内部未完全凝固的吸波涂层。

该步骤中，将羰基铁粉和聚氨酯均匀混合，在此基础上制得1～3mm厚的平面的吸波涂层。

在一种实施例中，聚氨酯优选为上海鹤城高分子科技有限公司生产的浇筑型聚氨酯，将其与球状羰基铁粉混合，所得微观形貌图如图3所示，聚氨酯将球状的羰基铁粉包裹、连接形成均匀的混合物。

在一种实施例中，羰基铁粉和聚氨酯可选质量比为(1～7)：1，优选质量比为6：1。测得各组反射损耗值后发现，吸收峰值会随羰基铁粉和聚氨酯比例的增大逐渐向高频移动，为使结构型吸波涂层的吸收峰值能够显示在整个频率范围内，并且达到需求吸收效果，确定为该优选比例。

在一种实施例中，确定羰基铁粉和聚氨酯质量比为6：1后，将羰基铁粉240g、聚氨酯40g加入一次性塑料杯中，然后放入搅拌机中搅拌10-30min，再放入超声震荡仪进行超声震荡，控制超声震荡仪的温度，使其低于30℃并连续震荡10-30min，设定30℃的目的在于若温度持续升高，聚氨酯在搅拌的过程中会逐渐粘稠，不利于后续的实验进行。重复多次该步骤，使羰基铁粉和聚氨酯均匀混合，通过取一部分混合溶液缓慢倾倒，液体能够连成串并连续下落，判断为分布均匀的混合液。

在一种实施例中，将250g的混合液置于200×200×2mm的铝板上，通过涂抹使混合液均匀平铺在铝板上并形成薄厚一致的吸波涂层，其厚度为2mm，随后将其在室温下静置两个小时。吸波涂层在室温下静置两个小时后，表层凝固，内部未完全凝固，轻轻挤压能够出现变形。

S2.使用模具压印内部未完全凝固的吸波涂层，模具是内部镂空的图形单元按照周期、非周期或准周期型排列而组合成的图形结构，模具表面涂覆有固体石蜡。

在一种实施例中，该步骤中，所使用的模具，其是利用3D打印技术制造出由三角形和正方形这样的图形单元按照周期、非周期或准周期型组成，进一步的，图形单元按照彭罗斯准周期结构、六重对称结构、四重对称结构排列而组合形成模具，其排列顺序可以按照图1所示，排列为不同结构型图案。模具的厚度要远大于吸波涂层的厚度，防止吸波涂层因模具的挤压而超出模具的厚度。将模具图形单元的边长设置为变量，变化范围为5mm-10mm，可以用于确定不同图形单元边长变化对吸收性能影响。在该实施例中，模具表面涂覆固体石蜡的方法是手持固体石蜡涂抹在3D打印的模具上，使其壁厚沾有石蜡，随后放入50℃以上的干燥箱中，加热使固体石蜡融化流经整个模具，并放置室温冷却。

S3.模具的各图形单元的壁嵌入吸波涂层内部，且未将吸波涂层底面分割，吸波涂层内部及顶面被模具图形单元的壁按照周期、非周期或准周期型排列分隔，保持恒力直至吸波涂层完全凝固。

在一种实施例中，将模具水平放置，模具左右两边与吸收涂层两边对齐，施加重力，使模具嵌入到吸收涂层的内部，但未完全把吸收涂层分开。吸收涂层被模具挤压分成若干单元小格，保持恒力，直至吸波涂层完全凝固。

S4.融化模具表面的固体石蜡，将模具和吸波涂层分离，吸波涂层因与模具的壁分离而形成结构间隙，间隙将吸波涂层内部及表面分隔为按照周期、非周期或准周期型排列的图形单元的组合。

在一种实施例中，吸波涂层完全凝固后，其和模具粘连在一起。将涂层和模具一起放入40～60℃，优选50℃的干燥箱中，因聚氨酯能够在80℃下保持温度稳定性，故加热过程并不对吸波涂层的吸收性能造成影响。保温一段时间使石蜡融化，将模具和涂层成功分离。再用干净的纸巾擦光涂层表面石蜡，获得结构完整、成型效果好的结构型涂层。并且，在该实施例中，为了实现多功能、宽领域的应用，将白色透明的聚氨酯涂敷在结构型吸波涂层表面，填满其因图案结构出现的间隙并形成保护膜，赋予吸波涂层可拉伸、易折叠、可卷曲、耐冲击、抗摩擦等特性。

在一种实施例中，提供由上述实施例中的任意种制备得到的材料，复合超材料的底层是羰基铁粉和聚氨酯混合的结构型吸波涂层，顶层是聚氨酯填充图形间的间隙并形成包裹的保护层，在不影响吸波性能的同时赋予涂层易弯曲，耐冲击，不易破损等多重性能。在一种实施例中，利用3D打印技术制造出模具的几何尺寸。由于实验制设计吸波涂层的尺寸为200×200×2mm，故本实验模具的几何尺寸要略微大于吸波涂层的大小，设计模具的几何尺寸为210×210×5mm，壁厚1mm，材质为白色树脂，图形结构是由三角形和正方形组成的内壁镂空的六重对称(L)和四重对称(Z)以及彭罗斯准周期(P)结构图案，所设计的变量是几何结构的边长，分别为10mm、7mm、5mm，随着结构尺寸边长的减少，吸波涂层的结构越紧密，吸收性能越好。在一种实施例中，在上述技术方案中是利用石蜡的固液相变进行模具和吸波涂层的脱模处理。由于吸波涂层具有黏着性，在按压过程中容易和模具粘合，两者不易分离，需要通过石蜡作为中间隔离层，在涂层和模具之间形成薄膜，利用石蜡加热融化，从固态变为液态，造成涂层和模具的空隙，达到良好的脱膜效果。在一种实施例中，选取的复合吸波超材料厚度为2mm，并测量其为平面涂层时的质量，选为固定质量值，并赋予不同的几何尺寸结构，测得其反射损耗的有效吸收带宽为6GHz-18GHz(如图4所示)。在一种实施例中，在上述技术方案中获得的复合吸波超材料在25℃-80℃范围内具有相同的吸波性能。

本发明公开的结构型复合吸波超材料的制备方法，其利用3D打印技术设计模具并结合石蜡的固液相变进行脱模处理，从而快捷、简便的获得图案结构完整、图形美观、厚度一致的复合型多功能吸波超材料。复合超材料分为两部分，底层是羰基铁粉和聚氨酯混合的结构型吸波涂层，有效吸收带宽为6GHz-18GHz，涂层厚度为2mm，并探究出在厚度和质量一致时，涂层的几何结构对吸波性能的影响具有相似性。顶层是聚氨酯包裹的保护层，赋予涂层折叠、卷曲等多功能特性。主要特点是利用3D技术进行模具的设计，使得吸波涂层的结构图案不单单局限于彭罗斯准周期、六重和四重周期对称结构，还可以通过此方法制造出单元结构多样，排列不规律等复杂结构型吸波超材料。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。