石墨烯在艦船雷達透波防護材料中的應(yīng)用

王亞寧，李 恒，陳黎明，張 建

（海軍航空大學，山東 煙臺 264001）

艦船雷達在一些特殊領(lǐng)域具有非常重要的意義，其準確性與其相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展息息相關(guān)。艦船雷達不同于陸地上的雷達，船艦雷達在海洋環(huán)境中，還需要考慮海洋對于雷達的侵蝕，其勘測難度往往大于陸地上的勘測難度。雷達罩就是設(shè)計用來保護艦船雷達免受海洋侵蝕影響的保護罩，其對于艦船雷達的運用有非常重要的作用。而艦船雷達透波防護材料就是涂抹在雷達罩表面的防護涂料。可以說，艦船雷達透波防護材料是決定雷達是否免受海洋環(huán)境影響的重要因素。而石墨烯作為一種新型的碳納米材料，其具有的特性非常適用于艦船雷達透波防護材料，石墨烯的使用為艦船雷達透波防護材料帶來了非常好的發(fā)展前景。

1 艦船雷達透波防護材料的指標

艦船雷達透波防護材料的指標要求非常嚴格。由于艦載雷達的區(qū)域為海域，高溫、潮濕、日光老化都是艦載雷達需要面臨的問題[1]。而這些問題都是防護領(lǐng)域中較難解決的問題。所以，對于艦載雷達來說，防護工程是一件非常重要的工程，因為防護不到位會影響雷達罩，從而影響整個雷達的勘測效果，造成不可估量的后果。不同于航載雷達，艦載雷達面臨的問題更多，所以其需要的艦船雷達透波防護材料也會更嚴格。并且為了實現(xiàn)更好的防護效果，艦載雷達對艦船雷達透波防護材料的數(shù)量還有很大的要求。為了更好的實現(xiàn)防護，加強防護涂料的用量以及面積也是非常重要的。近年來，隨著我國技術(shù)水平的提升，艦船雷達的數(shù)量也增加了很多，并且許多艦船雷達還實現(xiàn)了升級，就需要有更多的艦船雷達透波防護材料。艦船雷達透波防護材料是一個非常重要的領(lǐng)域。由于艦船雷達透波防護材料的重要性，相關(guān)機構(gòu)還設(shè)置了專門的研究機構(gòu)進行研制。對于涂層的性能來說，其基礎(chǔ)性能、涂層機械性能、環(huán)境適應(yīng)性能和電氣性能都是非常重要的指標。這幾種指標也是判斷艦船雷達透波防護材料的幾個重要依據(jù)。

2 石墨烯材料的運用原理

艦艇雷達采用的是電磁波原理，利用電磁波來進行勘測，電磁波也是一個運用非常廣泛的技能[2]。利用電磁波能夠勘測到相關(guān)物體的位置和狀態(tài)。在使用雷達進行勘測時，雷達天線會發(fā)射出相應(yīng)的電磁波，電磁波在勘測過程中，如果遇到了不同的介質(zhì)，就會在入射面產(chǎn)生反射和透射。如果遇到相鄰介質(zhì)的電磁波阻抗不相配的情況，就會出現(xiàn)波反射。從這一點來說，兩個勘測物體波阻抗越不相配，其反射的電磁波就會越多。針對雷達罩來說，決定其防護材料透波性的主要因素就與之相關(guān)。防護材料內(nèi)部的阻抗匹配性和衰減性對于防護材料來說很重要，可以說這兩方面直接影響了防護材料透波性的有效性。所以，為了實現(xiàn)雷達罩的最高效益，就必須嚴格把控這兩種性能，從而為艦艇雷達的工作打下基礎(chǔ)。

而石墨烯材料之所以被艦船雷達透波防護材料選中，其主要原因就在于此。石墨烯材料能夠較好的滿足防護材料所需要的阻抗匹配性和衰減性，實現(xiàn)很好的目的效果[3]。石墨烯被使用在雷達透波防護材料中，由于其特殊的性質(zhì)，涂層中的功能顏料能夠與其產(chǎn)生復合協(xié)同效應(yīng)，該效應(yīng)還能對涂層內(nèi)部的電磁參數(shù)產(chǎn)生影響。再加上石墨烯本身具有的優(yōu)良導電性，使得石墨烯成為艦船雷達透波防護的理想材料。相比傳統(tǒng)的艦船雷達透波防護材料來說，石墨烯無疑是為艦船雷達透波防護材料帶來了更多的力量，就現(xiàn)在看來石墨烯帶來的效益已經(jīng)達到了一定的高度，隨著研究的加深，相信石墨烯帶來的效益還會不斷增加。

3 石墨烯艦船雷達透波防護材料的相關(guān)研究

3.1 原料

該研究的相關(guān)原料包括改性聚氨酯樹脂、固化劑、云母、硅粘土、復相陶瓷、助劑、石墨烯粉體、以及分散劑。

3.2 涂料和樣板的制作

在制作時，首先需要依次加入相關(guān)的原料。首先需要加入聚氨酯樹脂，之后再加入固化劑，再之后加入云母以及硅粘土，之后再加入復相陶瓷，再加入石墨烯粉體，之后加入助劑，最后再加入溶劑[4]。在進行制作時，需要注意相關(guān)的原料加入的順序。在添加完所有的材料之后，需要使用球磨分散儀進行低速分散，該步驟能夠?qū)⒃戏植季鶆?。在完成這些步驟之后，再加入石墨烯粉體以及分散劑。完成這些步驟之后，需要使用到超高速分散儀，該步驟需要保持三十分鐘，并且使用高速進行分散。在進行靜置步驟時，需要靜置滿二十四個小時。在完成所有步驟之后，還需要對涂料樣品的細度進行再次測量，如果測量達標，就完成了，如果測量的細度沒有達標，還需要再進行低速分散，該過程需要持續(xù)兩個小時。

3.3 相關(guān)性能檢測

再進行檢測時，首先需要測試的就是涂層的表面電阻率，這是涂層的最重要的性能之一。在進行涂層的表面電阻率檢測時，首先需要打磨好使用的玻璃鋼試板，并且要控制好該玻璃鋼試板的平均粗糙度。之后還需要對試板表面進行清洗，保證試板的清潔性，最好的是采取丙酮進行清洗有很好的效果[5]。在涂防護涂層之前，一定要保證試板表面的干燥性，否則會影響檢測結(jié)果。精確的做好這些才能保證檢測的有效性。在干燥的場地里使用兆歐表和銅電極構(gòu)成的表面電阻進行相關(guān)的測量。為了保證測量的有效性，需要平行測試三塊試板，三塊試板測量的電阻率進行平均值計算，該結(jié)果就是一個最為準確的電阻率。

在表面電阻測試之后，還需要進行相關(guān)的漆膜透波率檢測。透波率也是艦船雷達透波防護材料的重要性能。在進行透波率檢測時，準備工作與表面電阻率的測試相同，都需要對玻璃鋼試板進行精細的處理。在處理好玻璃鋼試板之后，需要將處理好的空白玻璃鋼試板與制作的試板輪流放于發(fā)射天線和接受天線之間，這樣做的目的是為了檢測不同頻率下的電磁波微波透射率。涂層的透波率需要利用這兩個數(shù)據(jù)進行計算，即兩者的比值就為該頻率之下的涂層透波率。

涂層的機械性能和環(huán)境適應(yīng)性也是檢測艦船雷達透波防護材料的重要依據(jù)，針對不同的機械和性能有其相關(guān)的指標。在具體運用中，機械性能和環(huán)境適應(yīng)性的檢測可以具體依據(jù)國家發(fā)布的規(guī)定進行檢測。

3.4 與現(xiàn)有材料的對比

將運用了石墨烯的艦船雷達透波防護涂料與現(xiàn)有的艦船雷達透波防護涂料進行各個層面的測試[6]。針對涂層環(huán)境適應(yīng)性能來說，在太陽輻射實驗中，現(xiàn)有雷達透波涂料的變色、粉化、失光程度都高于聚氨酯石墨烯透波涂料。在四十周期的耐濕熱實驗之下，現(xiàn)有雷達透波涂料的漆膜起泡、剝落、以及變色程度都高于聚氨酯石墨烯透波涂料。在三千個小時的耐中性鹽霧中，現(xiàn)有雷達透波涂料的漆膜起泡、剝落、以及變色程度也都高于聚氨酯石墨烯透波涂料。針對涂層電器性能來說，現(xiàn)有雷達透波涂料的表面電阻小于等于一百，而聚氨酯石墨烯透波涂料的表面電阻能夠達到小于等于八十。就透波率來說，現(xiàn)有雷達透波涂料的透波率大于等于八十五，而聚氨酯石墨烯透波涂料能夠達到大于等于九十一。根據(jù)實驗結(jié)果，可以很明顯的了解到石墨烯的防護材料針對涂層環(huán)境適應(yīng)性和涂層電器性能來說都優(yōu)于現(xiàn)有的艦船雷達透波防護涂料。

4 結(jié)語

在嚴密的研究之下，可以清楚的看到石墨烯在透波涂料中的優(yōu)勢，其很好的滿足了透波涂料中需要的材料特性。使用石墨烯透波涂料的雷達罩也能得到很好的防護，實現(xiàn)更好的勘測。利用石墨烯其本身具有的優(yōu)良防腐性質(zhì)以及其導電性，再與之前的使用的雷達罩涂料進行復合，將相關(guān)的雷達罩效率提升到了最高。雷達罩的防護能力提升之后，雷達受到海水的侵蝕就會減少，相關(guān)機構(gòu)花費在雷達維修方面的資金就會減少，這樣以來，就能省下一筆巨大的維修開支。石墨烯是一種具有很高價值的材料，不僅僅是作為艦船雷達透波防護材料，它還在許多領(lǐng)域都得到了廣泛運用。我國對于石墨烯的研究還不夠深入，為了更好的實現(xiàn)石墨烯的使用價值，國家還需要投入更多精力在石墨烯的相關(guān)研究中，從而實現(xiàn)石墨烯的最大效益。