第十五届全国表面工程青年学术会议

航空技术的迅速发展使飞机在极端环境中的可靠性和多功能性成为日益紧迫的需求。当飞机穿过过冷云层时，过冷液滴会在迎风面撞击后冻结。冰层的积累会显著改变飞机表面附近的气流场，这会导致飞行稳定性以及操控性下降，极易导致安全事故。与此同时，雷达技术的进步也在恶化飞机的运行环境，其中电磁波透射率对整体隐身性能起着关键作用。近年来，研究人员发现电热除冰技术因其高效的除冰效果和良好的稳定性受到广泛关注。然而传统的电热除冰系统采用金属材料，电磁波在穿过金属薄膜时会产生显著的反射，这使得难以同时实现电热除冰和电磁波传输。相比之下，碳基电热薄膜相较于金属材料具有微波透明特性，这表明碳基电热薄膜可以作为一种兼具电磁波传输和电加热能力的有效方法。
在本研究中，设计并制造了一种基于耶路撒冷十字图案的频率选择表面，以满足电热与透波的双重要求。首先合成了氧化石墨烯（GO），然后在 800°C 的温度下进行热还原，以获得还原氧化石墨烯（rGO）。rGO 作为电热涂层中的导电填料，表现出优异的导电性和焦耳加热性能。随后，为了解决电热和透波的矛盾问题，图案化设计了新型耶路撒冷图案结构（NJPS），并与未图案化的rGO/WPU涂层进行了对比。研究发现NJPS在仅35%的导电面积下实现了电热与透波的双重功能。参数优化确定了理想的几何尺寸，并确保在 40°入射角下的角度稳定性。随后通过激光雕刻方法制备了NJPS，并在常温及低温条件下验证了出色的电热响应和稳定的宽频带传输特性。结冰风洞证实了其快速除冰能力（在-8°C，20 m/s的气流条件下，功率为 0.5 W/cm²时，仅需 216 s即可完成除冰）。这项工作为新型飞机为兼具高效电热除冰和宽频带透波一体化系统的设计提供了理论方法。

石墨烯,图案化,电热,透波