一种隔热雷达红外兼容隐身RGOh-BN气凝胶的制备方法
本发明涉及一种隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，属于隐身材料。
背景技术：
1、针对空天飞行器热端部件需要兼备雷达和红外隐身能力。然而，雷达隐身要求对电磁波的强吸收、低反射，而红外隐身则要求对红外光低吸收、高反射。为了解决这一难题，研究者们正在开发复合型雷达与红外兼容隐身材料。中国科学院zhu等人制备的氧化钙改性氮化硼气凝胶能够实现红外隐身，虽然其热稳定性可提高至1300℃，但该材料无法满足电磁波吸收的需求。
2、目前隐身材料功能单一，难以实现轻质、雷达与红外兼容隐身性能。如何通过组分和多尺度结构设计实现多功能一体化制备雷达与红外兼容隐身材料，成为航空航天热端部件用材料亟需解决的关键科学问题。
技术实现思路
1、针对现有隐身材料功能单一，难以实现轻质、雷达与红外兼容隐身性能等问题，本发明提出一种隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，将h3bo3与c3h6n6在叔丁醇中加热反应，再与go的水分散液混合并超声冷却得到水凝胶；水凝胶经双向冷冻干燥得到go/bn气凝胶，对go/bn气凝胶进行热处理，可得到高度有序多孔的rgo/h-bn气凝胶。本发明可通过调控热处理温度和rgo的浓度，可优化红外发射率和电磁波吸收性能。本发明rgo/h-bn气凝胶由rgo/h-bn的微米/纳米带交错盘绕构成，rgo/h-bn气凝胶在厚度为2.50mm时x波段电磁波的有效吸波频带为3.1ghz，最小反射损耗达到-50db，具有疏水特性、高温稳定性、雷达隐身特性和红外隐身特性(红外发射率为0.45)。
2、一种隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，具体步骤如下：
3、(1)将硼酸和三聚氰胺溶解于叔丁醇中，在温度81～89℃下搅拌反应25～30min得到溶液a；反应式如下：
4、3h3bo3+3c3h6n6→3bn+15h2o+9co2
5、(2)溶液a和氧化石墨烯的水分散液混合均匀，自然冷却并超声处理至溶液转变为水凝胶；水凝胶经液氮双向冷冻干燥得到go/bn气凝胶；
6、(3)go/bn气凝胶置于氩气氛围中匀速升温至温度1500～1550℃并保温1～3h进行晶化热处理得到隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶，所述rgo/h-bn气凝胶由rgo/h-bn的微米/纳米带交错盘绕构成。
7、以体积分数计，所述步骤(1)硼酸和三聚氰胺的摩尔比为5～6:3。
8、所述步骤(1)硼酸与叔丁醇的固液比g:l为26～27:1。
9、所述步骤(2)氧化石墨烯的水分散液的浓度为6～12mg/ml，溶液a和氧化石墨烯的水分散液的体积比为4～5:5。
10、所述步骤(3)rgo/h-bn的微米/纳米带的直径为500nm～1μm；在微观尺度下主要展现出三种不同的形态：直带、弯曲带和螺旋扭曲带；其中直带的直径较粗：保持直线形态的微米带，是构成气凝胶结构的主要组成部分，弯曲纳米带和螺旋扭曲纳米带的数量较少而且细长。
11、所述隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的质轻，其密度约为20.5mg·cm-3，尺寸约为24.0mm×15.0mm×8.0mm的rgo/h-bn气凝胶可以放在花朵上并不对花朵的形状产生任何影响。
12、所述隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶具有良好的疏水性，能够完全悬浮在水上，其润湿角约为106.5°。
13、rgo/h-bn气凝胶兼容隔热雷达/红外隐身的原理：rgo/h-bn通过水浴、冻干以及热处理晶化形成纳米h-bn基气凝胶，气凝胶的多孔结构有助于改善阻抗匹配；rgo和h-bn形成的纳米异质界面具有特殊的电磁性能；rgo的高导电性使其成为优秀的电磁波吸收材料，而h-bn则具有良好的透波性能，这种透/吸波异质界面可以有效地衰减入射电磁波从而实现雷达隐身；h-bn的二维纳米结构使得其具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，这有助于减少热应力，从而降低红外辐射的发射，同时，rgo的高导电性有助于快速传递热量，从而减少局部热量的积累，进而展现出低红外特性；二者复合产生的协同效应使得rgo/h-bn气凝胶不被红外探测。
14、本发明的有益效果是：
15、(1)将h3bo3与c3h6n6在去离子水的共溶体中加热搅拌，叔丁醇作为有机溶剂，有助于均匀分散；go/bn气凝胶在惰性气氛热处理，形成rgo为吸波相和h-bn为透波基体的气凝胶，有效解决rgo热稳定性差的难题；
16、(2)本发明rgo/h-bn气凝胶由rgo/h-bn的微米/纳米带交错盘绕构成，rgo、弯曲带和螺旋扭曲带为纳米级，直带为微米级，其长度为分米级；因此，rgo/h-bn气凝胶形成多尺度纳米异质界面，有利于获得电磁波吸收/红外隐身兼容材料；
17、(2)本发明rgo/h-bn气凝胶具有疏水特性，在x波段电磁波吸收效率高于90％的有效吸收频带可达3.1ghz，且红外发射率低于0.45，具有电磁波吸收/红外隐身兼容特性。
技术特征：
1.一种隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)硼酸和三聚氰胺的摩尔比为5～6:3。
3.根据权利要求1所述隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)硼酸与叔丁醇的固液比g:l为26～27:1。
4.根据权利要求1所述隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)氧化石墨烯的水分散液的浓度为6～12mg/ml，溶液a和氧化石墨烯的水分散液的体积比为4～5:5。
5.根据权利要求1所述隔热雷达/红外兼容隐身rgo/h-bn气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)rgo/h-bn的微米/纳米带的直径为500nm～1μm。
技术总结
本发明涉及一种隔热雷达/红外兼容隐身RGO/h‑BN气凝胶的制备方法，属于隐身材料技术领域。本发明将硼酸和三聚氰胺溶解于叔丁醇中，在温度81～89℃下搅拌反应25～30min得到溶液A；溶液A和氧化石墨烯的水分散液混合均匀，自然冷却并超声处理至溶液转变为水凝胶；水凝胶经液氮双向冷冻干燥得到GO/BN气凝胶；GO/BN气凝胶置于氩气氛围中匀速升温至温度1500～1550℃并保温1～3h进行晶化热处理得到隔热雷达/红外兼容隐身RGO/h‑BN气凝胶，所述RGO/h‑BN气凝胶由RGO/h‑BN的微米/纳米带交错盘绕构成。本发明RGO/h‑BN气凝胶在厚度为2.50mm时X波段电磁波的有效吸波频带为3.1GHz，最小反射损耗达到‑50dB，具有疏水特性、高温稳定性、雷达隐身特性和红外隐身特性(红外发射率为0.45)。
技术研发人员：薛继梅,侯泽鑫,王唯嘉
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23