“電磁護甲”——基于新型復合石墨烯吸波材料的電磁隱身防護裝置

摘 要：產品是一款新型復合石墨烯吸波材料，創造性地運用了LAS與氮摻雜改性石墨烯技術。基于此，分別在軍用和民用兩個領域設計了不同的產品。首先是軍用領域，出于信息化戰爭下的快速隱身以及重點設施的防護需要，設計了一款具有五層三明治結構，集吸波、防紅外、防火、高強度等特性于一體的偽裝布，滿足了戰場復雜條件下的快速隱身需要。在軍用標準的基礎上，研發了民用領域的多款產品。針對孕婦等特殊人群，設計了一款電磁防護衣物用于保護孕婦及胎兒健康，產品運用改性石墨烯技術，保證衣物穿著舒適，并且相較于市場同類衣物價格低廉。另外，與制造業企業合作，設計了一款工業生產電磁防護馬甲，并解決了大型水利設備的電磁防護問題。

關鍵詞：新材料；軍事隱身；電磁波吸收；軍民融合

1 作品介紹

我們利用LAS與氮摻雜的改性石墨烯技術研發了一款新型石墨烯復合吸波材料，該材料對電磁波的有效吸收率超99.999%，覆蓋主要X、Ku波段，具有高性能、寬帶寬等特點。在實際應用中，我們選擇石墨烯分散液，在不影響性能的情況下降低產品成本。基于這款材料，我們分別在軍用、民用領域設計了多款產品。

我們為軍用領域設計了軍用快速偽裝裝置，以所研發的N摻雜LAS復合石墨烯材料為吸波層，以石英纖維為基體。該快速偽裝裝置在當下柔性吸波器件結構的基礎上，用硅烷偶聯劑對柔性石英布進行改性，從而使得偽裝布具備防火性能。這種快速隱身裝置通過材料復合方式實現，既具備吸波材料的電磁隱身特性，同時又具有石英纖維的防火特性，還具有柔性等特殊屬性。對于某些大型或者特殊的設備，在運輸過程中也可以應用本項目設計的快速偽裝裝置進行包裹遮蓋，從而達到電磁隱身的效果。

我們將吸波材料與柔軟布料相結合，設計了一款可日常穿戴的具有電磁防護功能的衣物。由于市場上的電磁防護衣物的原理主要是應用電磁反射而非電磁吸收，導致電磁產品，如手機等放在衣兜里可能會對人體造成二次傷害。該產品應用的電磁吸波材料，其吸波性能極佳，可以滿足軍用標準，能夠有效解決此類問題。該產品應用石墨烯分散液，極大降低了織物成本，其成本遠低于市場同類金屬織物，具有價格優勢。該產品運用改性石墨烯技術，實現了衣物舒適可水洗，相較于金屬織物更加柔軟、舒適、易清洗。

另外，針對大型水利設備與工業生產環境的電磁防護，我們與相關企業合作，解決了大型水利設備容易受電磁干擾的問題，并且設計了一款用于工業生產環境穿著的電磁防護馬甲，以解決工業電磁環境下的防護問題。

2 技術原理說明

本項目在還原氧化石墨烯材料的基礎上設計了一款改性陶瓷/還原氧化石墨烯復合氣凝膠材料，其具備良好的電磁波吸收性能。單一的還原氧化石墨烯阻抗匹配較差，并不適合直接作為吸波材料。因此本項目選用了鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷（LAS）與還原氧化石墨烯進行復合。鋰鋁硅優異的透波性能可以大幅改善石墨烯阻抗匹配較差的問題，使得大部分電磁波在入射石墨烯表面時可以順利進入材料內部，大幅提高了材料的吸波能力。

文中設計的軍用產品主要由阻抗匹配層、整流層和吸波層構成。阻抗匹配層覆蓋在器件表面，主要功能是改善器件與空氣處的阻抗匹配特性，使得電磁波能夠充分進入吸波器件從而被吸收。整流層主要由定向排列的多壁碳納米管組成，用以改善整體的介電性能。吸波層均勻填充設計制備的吸波材料，主要以氮元素摻雜改性還原氧化石墨烯作為基體，與鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷進行水熱自組裝。測試結果表明，材料的強度大、孔隙率高、密度低，在7.69 GHz處，材料的吸波性能可以達到-43.12 dB，證明99%以上的電磁波被成功吸收，完全滿足理想電磁波吸收材料對“薄”“輕”“寬”“強”等性能的要求。產品具有柔性、防火、電磁隱身三大特殊屬性，可以達到快速進行電磁隱身的效果。

民用產品在柔性吸波器件/柔性工作服的基礎上，通過選擇合適的面料作為基體，改善柔性吸波器件表面的舒適程度，使其更貼合人體皮膚。對石墨烯吸波材料進行一定的羰基鐵粉摻雜升級，使其主要吸收波段偏移至低頻波段

（1～4 GHz），該產品適宜暴露在電磁環境中的孕婦。同時，以丁腈橡膠為基體，使產品具有較好的柔性，可隨意彎折扭轉。相比傳統吸波材料的涂料或板材，本項目所研發的產品應用范圍更廣，不影響工人正常的生產活動。

3 項目創新點

（1）通過水熱自組裝的方式，合成了多孔的還原氧化石墨烯氣凝膠，同時與鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷復合，極大改善了材料的阻抗匹配性能，確保電磁波能夠充分進入吸波體。

（2）由于氮元素和碳元素電負性相近，因此對還原氧化石墨烯進行氮原子摻雜改性，摻雜的氮原子有助于提高電磁波的極化損耗能力。

（3）鋰鋁硅酸鹽陶瓷體系中，硅氧四面體和鋁氧四面體形成的雙螺旋鏈中會有約3 ?的通道，鋰離子可以在通道內運動，從而為離子極化提供了可能。

（4）目前對于電磁波吸收材料的研究較多，本產品創新性地提出了柔性吸波器件相關產品，實現“一料多用”，根據不同應用環境選擇不同基體，能夠解決不同場景下的電磁防護問題，實現了應用的廣泛性。

4 應用前景

軍用方面，傳統石墨烯隱身涂裝材料類似于一層皮膚，一旦涂裝就難以脫落，這對于裝備的更新換代十分不利，極大地增加了換裝成本。我們將傳統的電磁吸波涂料設計為使用便捷的布料，保留材料優良吸波性能的同時提升了換裝和修復的靈活性。該材料能夠適應極端多元的戰時環境，在裝甲隱身和營地重要目標的隱身保護方面有著廣闊的應用前景。

民用產品的目標用戶分為兩類，一類是日常生活中有電磁防護需要的人群，如孕婦；另一類是需要進行設備電磁防護與工人電磁防護的大型工業企業。產品基于軍用標準的高性能復合石墨烯吸波材料，在具體應用中采用石墨烯分散液以降低成本，原料具有正規的工業化生產流程，能夠適應大規模生產的需要，對比市場上同類型產品具有舒適性與價格的雙重優勢。未來將通過互聯網與線下雙重渠道積極開拓市場，以消費者需求和國家需要為雙重導向，實現經濟與技術轉化的良性

循環。