石墨烯在舰船雷达透波防护材料中的应用

王亚宁，李 恒，陈黎明，张 建

（海军航空大学，山东 烟台 264001）

舰船雷达在一些特殊领域具有非常重要的意义，其准确性与其相关领域的发展息息相关。舰船雷达不同于陆地上的雷达，船舰雷达在海洋环境中，还需要考虑海洋对于雷达的侵蚀，其勘测难度往往大于陆地上的勘测难度。雷达罩就是设计用来保护舰船雷达免受海洋侵蚀影响的保护罩，其对于舰船雷达的运用有非常重要的作用。而舰船雷达透波防护材料就是涂抹在雷达罩表面的防护涂料。可以说，舰船雷达透波防护材料是决定雷达是否免受海洋环境影响的重要因素。而石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，其具有的特性非常适用于舰船雷达透波防护材料，石墨烯的使用为舰船雷达透波防护材料带来了非常好的发展前景。

1 舰船雷达透波防护材料的指标

舰船雷达透波防护材料的指标要求非常严格。由于舰载雷达的区域为海域，高温、潮湿、日光老化都是舰载雷达需要面临的问题[1]。而这些问题都是防护领域中较难解决的问题。所以，对于舰载雷达来说，防护工程是一件非常重要的工程，因为防护不到位会影响雷达罩，从而影响整个雷达的勘测效果，造成不可估量的后果。不同于航载雷达，舰载雷达面临的问题更多，所以其需要的舰船雷达透波防护材料也会更严格。并且为了实现更好的防护效果，舰载雷达对舰船雷达透波防护材料的数量还有很大的要求。为了更好的实现防护，加强防护涂料的用量以及面积也是非常重要的。近年来，随着我国技术水平的提升，舰船雷达的数量也增加了很多，并且许多舰船雷达还实现了升级，就需要有更多的舰船雷达透波防护材料。舰船雷达透波防护材料是一个非常重要的领域。由于舰船雷达透波防护材料的重要性，相关机构还设置了专门的研究机构进行研制。对于涂层的性能来说，其基础性能、涂层机械性能、环境适应性能和电气性能都是非常重要的指标。这几种指标也是判断舰船雷达透波防护材料的几个重要依据。

2 石墨烯材料的运用原理

舰艇雷达采用的是电磁波原理，利用电磁波来进行勘测，电磁波也是一个运用非常广泛的技能[2]。利用电磁波能够勘测到相关物体的位置和状态。在使用雷达进行勘测时，雷达天线会发射出相应的电磁波，电磁波在勘测过程中，如果遇到了不同的介质，就会在入射面产生反射和透射。如果遇到相邻介质的电磁波阻抗不相配的情况，就会出现波反射。从这一点来说，两个勘测物体波阻抗越不相配，其反射的电磁波就会越多。针对雷达罩来说，决定其防护材料透波性的主要因素就与之相关。防护材料内部的阻抗匹配性和衰减性对于防护材料来说很重要，可以说这两方面直接影响了防护材料透波性的有效性。所以，为了实现雷达罩的最高效益，就必须严格把控这两种性能，从而为舰艇雷达的工作打下基础。

而石墨烯材料之所以被舰船雷达透波防护材料选中，其主要原因就在于此。石墨烯材料能够较好的满足防护材料所需要的阻抗匹配性和衰减性，实现很好的目的效果[3]。石墨烯被使用在雷达透波防护材料中，由于其特殊的性质，涂层中的功能颜料能够与其产生复合协同效应，该效应还能对涂层内部的电磁参数产生影响。再加上石墨烯本身具有的优良导电性，使得石墨烯成为舰船雷达透波防护的理想材料。相比传统的舰船雷达透波防护材料来说，石墨烯无疑是为舰船雷达透波防护材料带来了更多的力量，就现在看来石墨烯带来的效益已经达到了一定的高度，随着研究的加深，相信石墨烯带来的效益还会不断增加。

3 石墨烯舰船雷达透波防护材料的相关研究

3.1 原料

该研究的相关原料包括改性聚氨酯树脂、固化剂、云母、硅粘土、复相陶瓷、助剂、石墨烯粉体、以及分散剂。

3.2 涂料和样板的制作

在制作时，首先需要依次加入相关的原料。首先需要加入聚氨酯树脂，之后再加入固化剂，再之后加入云母以及硅粘土，之后再加入复相陶瓷，再加入石墨烯粉体，之后加入助剂，最后再加入溶剂[4]。在进行制作时，需要注意相关的原料加入的顺序。在添加完所有的材料之后，需要使用球磨分散仪进行低速分散，该步骤能够将原料分布均匀。在完成这些步骤之后，再加入石墨烯粉体以及分散剂。完成这些步骤之后，需要使用到超高速分散仪，该步骤需要保持三十分钟，并且使用高速进行分散。在进行静置步骤时，需要静置满二十四个小时。在完成所有步骤之后，还需要对涂料样品的细度进行再次测量，如果测量达标，就完成了，如果测量的细度没有达标，还需要再进行低速分散，该过程需要持续两个小时。

3.3 相关性能检测

再进行检测时，首先需要测试的就是涂层的表面电阻率，这是涂层的最重要的性能之一。在进行涂层的表面电阻率检测时，首先需要打磨好使用的玻璃钢试板，并且要控制好该玻璃钢试板的平均粗糙度。之后还需要对试板表面进行清洗，保证试板的清洁性，最好的是采取丙酮进行清洗有很好的效果[5]。在涂防护涂层之前，一定要保证试板表面的干燥性，否则会影响检测结果。精确的做好这些才能保证检测的有效性。在干燥的场地里使用兆欧表和铜电极构成的表面电阻进行相关的测量。为了保证测量的有效性，需要平行测试三块试板，三块试板测量的电阻率进行平均值计算，该结果就是一个最为准确的电阻率。

在表面电阻测试之后，还需要进行相关的漆膜透波率检测。透波率也是舰船雷达透波防护材料的重要性能。在进行透波率检测时，准备工作与表面电阻率的测试相同，都需要对玻璃钢试板进行精细的处理。在处理好玻璃钢试板之后，需要将处理好的空白玻璃钢试板与制作的试板轮流放于发射天线和接受天线之间，这样做的目的是为了检测不同频率下的电磁波微波透射率。涂层的透波率需要利用这两个数据进行计算，即两者的比值就为该频率之下的涂层透波率。

涂层的机械性能和环境适应性也是检测舰船雷达透波防护材料的重要依据，针对不同的机械和性能有其相关的指标。在具体运用中，机械性能和环境适应性的检测可以具体依据国家发布的规定进行检测。

3.4 与现有材料的对比

将运用了石墨烯的舰船雷达透波防护涂料与现有的舰船雷达透波防护涂料进行各个层面的测试[6]。针对涂层环境适应性能来说，在太阳辐射实验中，现有雷达透波涂料的变色、粉化、失光程度都高于聚氨酯石墨烯透波涂料。在四十周期的耐湿热实验之下，现有雷达透波涂料的漆膜起泡、剥落、以及变色程度都高于聚氨酯石墨烯透波涂料。在三千个小时的耐中性盐雾中，现有雷达透波涂料的漆膜起泡、剥落、以及变色程度也都高于聚氨酯石墨烯透波涂料。针对涂层电器性能来说，现有雷达透波涂料的表面电阻小于等于一百，而聚氨酯石墨烯透波涂料的表面电阻能够达到小于等于八十。就透波率来说，现有雷达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够达到大于等于九十一。根据实验结果，可以很明显的了解到石墨烯的防护材料针对涂层环境适应性和涂层电器性能来说都优于现有的舰船雷达透波防护涂料。

4 结语

在严密的研究之下，可以清楚的看到石墨烯在透波涂料中的优势，其很好的满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达罩也能得到很好的防护，实现更好的勘测。利用石墨烯其本身具有的优良防腐性质以及其导电性，再与之前的使用的雷达罩涂料进行复合，将相关的雷达罩效率提升到了最高。雷达罩的防护能力提升之后，雷达受到海水的侵蚀就会减少，相关机构花费在雷达维修方面的资金就会减少，这样以来，就能省下一笔巨大的维修开支。石墨烯是一种具有很高价值的材料，不仅仅是作为舰船雷达透波防护材料，它还在许多领域都得到了广泛运用。我国对于石墨烯的研究还不够深入，为了更好的实现石墨烯的使用价值，国家还需要投入更多精力在石墨烯的相关研究中，从而实现石墨烯的最大效益。