石墨烯在艦船雷達透波防護材料中的應用

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域具有非常重要的意義，其準確性與其相關領域的發展息息相關。艦船雷達不同于陸地上的雷達，船艦雷達在海洋環境中，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?？梢哉f，艦船雷達透波防護材料是決定雷達是否免受海洋環境影響的重要因素。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。并且為了實現更好的防護效果，艦載雷達對艦船雷達透波防護材料的數量還有很大的要求。為了更好的實現防護，加強防護涂料的用量以及面積也是非常重要的。近年來，隨著我國技術水平的提升，艦船雷達的數量也增加了很多，并且許多艦船雷達還實現了升級，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域。由于艦船雷達透波防護材料的重要性，相關機構還設置了專門的研究機構進行研制。對于涂層的性能來說，其基礎性能、涂層機械性能、環境適應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。

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物體的位置和狀態。在使用雷達進行勘測時，雷達天線會發射出相應的電磁波，電磁波在勘測過程中，如果遇到了不同的介質，就會在入射面產生反射和透射。如果遇到相鄰介質的電磁波阻抗不相配的情況，就會出現波反射。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。防護材料內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。

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，涂層中的功能顏料能夠與其產生復合協同效應，該效應還能對涂層內部的電磁參數產生影響。再加上石墨烯本身具有的優良導電性，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，就現在看來石墨烯帶來的效益已經達到了一定的高度，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研究

3.1 原料

該研究的相關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，該步驟能夠將原料分布均勻。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，該過程需要持續兩個小時。

3.3 相關性能檢測

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成的表面電阻進行相關的測量。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據進行計算，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境適應性也是檢測艦船雷達透波防護材料的重要依據，針對不同的機械和性能有其相關的指標。在具體運用中，機械性能和環境適應性的檢測可以具體依據國家發布的規定進行檢測。

3.4 與現有材料的對比

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]。針對涂層環境適應性能來說，在太陽輻射實驗中，現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。根據實驗結果，可以很明顯的了解到石墨烯的防護材料針對涂層環境適應性和涂層電器性能來說都優于現有的艦船雷達透波防護涂料。

4 結語

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，實現更好的勘測。利用石墨烯其本身具有的優良防腐性質以及其導電性，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，相關機構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研究中，從而實現石墨烯的最大效益。