材料學課件 隱身材料講義

1、第七章第七章 隱身材料隱身材料 隨著電子技術的飛速發(fā)展隨著電子技術的飛速發(fā)展, ,未來戰(zhàn)場的各種武器系未來戰(zhàn)場的各種武器系 統(tǒng)面臨著嚴峻的威脅。隱身技術作為提高武器系統(tǒng)生存統(tǒng)面臨著嚴峻的威脅。隱身技術作為提高武器系統(tǒng)生存 能力的有效手段能力的有效手段, ,受到世界各國的高度重視。隱身技術受到世界各國的高度重視。隱身技術 是指在一定遙感探測環(huán)境中降低目標的可探測性是指在一定遙感探測環(huán)境中降低目標的可探測性, ,使其使其 在一定的波長范圍內(nèi)難以被發(fā)現(xiàn)的技術。在一定的波長范圍內(nèi)難以被發(fā)現(xiàn)的技術。 隱身技術隱身技術的出現(xiàn)促使戰(zhàn)場上的軍事裝備向隱身化方向的出現(xiàn)促使戰(zhàn)場上的軍事裝備向隱身化方向 發(fā)展發(fā)展,

2、 ,如隱身飛機、隱身導彈、隱身艦艇、隱身軍車等如隱身飛機、隱身導彈、隱身艦艇、隱身軍車等 武器裝備的相繼出現(xiàn)武器裝備的相繼出現(xiàn), ,有效地提高了武器裝備的生存能有效地提高了武器裝備的生存能 力和突防能力力和突防能力, ,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中顯示出了巨大的威力。武在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中顯示出了巨大的威力。武 器系統(tǒng)的隱身能力可以通過外形設計和使用隱身材料器系統(tǒng)的隱身能力可以通過外形設計和使用隱身材料 來實現(xiàn)來實現(xiàn), ,外形設計雖然效果較好外形設計雖然效果較好, ,但受到許多條件的制但受到許多條件的制 約約, ,所以所以隱身材料隱身材料的發(fā)展和應用成為隱身技術發(fā)展的關的發(fā)展和應用成為隱身技術發(fā)展的關 鍵因素之一鍵因

3、素之一 。 在入侵巴拿馬、海灣戰(zhàn)爭以及入侵南聯(lián)盟的戰(zhàn)爭中在入侵巴拿馬、海灣戰(zhàn)爭以及入侵南聯(lián)盟的戰(zhàn)爭中, ,美美 國的國的F F 117 117 戰(zhàn)斗攻擊機執(zhí)行了幾千架次的空襲任務戰(zhàn)斗攻擊機執(zhí)行了幾千架次的空襲任務, , 卻只損失了一架戰(zhàn)機卻只損失了一架戰(zhàn)機; ;而而B B 2 2 隱身轟炸機從美國本土隱身轟炸機從美國本土 長途奔襲到南聯(lián)盟執(zhí)行轟炸任務卻未受絲毫威脅。創(chuàng)長途奔襲到南聯(lián)盟執(zhí)行轟炸任務卻未受絲毫威脅。創(chuàng) 造這一奇跡的原因之一就是隱身技術的應用最大限度造這一奇跡的原因之一就是隱身技術的應用最大限度 地保護了戰(zhàn)機地保護了戰(zhàn)機, ,隱身技術在提高現(xiàn)代兵器的突防能力方隱身技術在提高現(xiàn)代兵器的

4、突防能力方 面正發(fā)揮著越來越重要的作用。面正發(fā)揮著越來越重要的作用。 F117F117隱形轟炸機隱形轟炸機 B B 2 2 隱身轟炸機隱身轟炸機 空中客車空中客車A380 A380 B B- -2 2 轟炸機轟炸機900m 2900m 2的外表面的外表面95% 95% 涂覆有一種涂覆有一種具有不同具有不同 厚度的韌性隱身涂層厚度的韌性隱身涂層。這種涂層是導電的。這種涂層是導電的, , 每每5 5 年要年要 更換一次更換一次, , 在在B-2 B-2 轟炸機的整個壽命期內(nèi)轟炸機的整個壽命期內(nèi), , 將這種涂將這種涂 層剝除并重新涂覆大約要進行層剝除并重新涂覆大約要進行4 4 次次, , 以保證它

5、的隱身以保證它的隱身 特性。特性。 此外此外,B-2 ,B-2 轟炸機大量采用了吸波復合材料轟炸機大量采用了吸波復合材料, ,如機身表如機身表 面的大部分由吸波的碳纖維蜂窩夾層結構制成。外翼面的大部分由吸波的碳纖維蜂窩夾層結構制成。外翼 的蒙皮及梁大多采用碳纖維的蒙皮及梁大多采用碳纖維-環(huán)氧復合材料。環(huán)氧復合材料。 國外隱身材料發(fā)展歷程國外隱身材料發(fā)展歷程 國外隱身技術及材料研究始于第二次世界大戰(zhàn)期間國外隱身技術及材料研究始于第二次世界大戰(zhàn)期間, , 起源在德國起源在德國, ,發(fā)展在美國并擴展到英、法、俄羅斯及發(fā)展在美國并擴展到英、法、俄羅斯及 日本等發(fā)達國家。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展日本等發(fā)達國

6、家。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展, ,成績斐然。成績斐然。 從從50 50 年代起年代起, ,美國開展隱身技術研究美國開展隱身技術研究, ,經(jīng)過經(jīng)過2020多年的發(fā)多年的發(fā) 展展,70 ,70 年代開始研制隱身飛機年代開始研制隱身飛機,80 ,80 年代隱身飛機裝備部年代隱身飛機裝備部 隊并投入使用。現(xiàn)已裝備的隊并投入使用?，F(xiàn)已裝備的F F 117A117A隱形攻擊機、隱形攻擊機、B B 2 2 戰(zhàn)略轟炸機以及新問世的戰(zhàn)略轟炸機以及新問世的F F 2222先進戰(zhàn)術隱身戰(zhàn)斗機先進戰(zhàn)術隱身戰(zhàn)斗機 均采用了不同類型的隱身材料均采用了不同類型的隱身材料 。俄羅斯的。俄羅斯的S S 37 37 隱身隱身 戰(zhàn)斗機

7、也已問世。這些雷達隱身戰(zhàn)機的相繼問世標志著戰(zhàn)斗機也已問世。這些雷達隱身戰(zhàn)機的相繼問世標志著 國外隱身技術已進入工程發(fā)展階段。國外隱身技術已進入工程發(fā)展階段。 F-22“F-22“猛禽猛禽”戰(zhàn)斗戰(zhàn)斗 機機 Su-47, Su-47, 先前即是先前即是 S-37 BerkutS-37 Berkut( (金雕金雕) ) 戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機 中國中國 暗劍無人駕駛戰(zhàn)斗機暗劍無人駕駛戰(zhàn)斗機 目前目前, ,世界上正在研制的第四代超音速殲擊機世界上正在研制的第四代超音速殲擊機, ,其機體結其機體結 構采用復合材料、翼身融合體和吸波涂層構采用復合材料、翼身融合體和吸波涂層, ,使其真正具有使其真正具有 了隱身功能了

8、隱身功能, ,而電磁波吸收型涂料、電磁屏蔽型涂料已開而電磁波吸收型涂料、電磁屏蔽型涂料已開 始在隱身飛機上涂裝。美國、俄羅斯等國新一代空對地始在隱身飛機上涂裝。美國、俄羅斯等國新一代空對地, , 地對空導彈的隱身正朝著輕質(zhì)、寬頻帶吸波、可噴涂、地對空導彈的隱身正朝著輕質(zhì)、寬頻帶吸波、可噴涂、 熱穩(wěn)定性良好的隱身材料方向發(fā)展。熱穩(wěn)定性良好的隱身材料方向發(fā)展。 雷達隱身材料雷達隱身材料 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中, ,雷達是探測目標的最可靠的方法雷達是探測目標的最可靠的方法, ,因此因此, , 雷達隱身技術是隱身技術的重點。雷達隱身技術的核雷達隱身技術是隱身技術的重點。雷達隱身技術的核 心是降低目標

9、的雷達散射截面積心是降低目標的雷達散射截面積, ,其技術途徑主要有兩其技術途徑主要有兩 條條: :一是通過目標的外形設計降低散射面積一是通過目標的外形設計降低散射面積; ;二是目標二是目標 應用雷達吸波材料達到降低散射面積應用雷達吸波材料達到降低散射面積 。目標的外形技。目標的外形技 術不僅受到戰(zhàn)術技術指標的限制術不僅受到戰(zhàn)術技術指標的限制, ,而且使目標的生產(chǎn)難而且使目標的生產(chǎn)難 度大、耗資多度大、耗資多, ,所以研究和開發(fā)高性能的雷達吸波材料所以研究和開發(fā)高性能的雷達吸波材料 成為隱身技術領域中的重大課題。成為隱身技術領域中的重大課題。 早在二戰(zhàn)期間早在二戰(zhàn)期間, ,德國就在潛艇上應用雷達

10、吸波材料德國就在潛艇上應用雷達吸波材料, ,以以 躲避盟軍的雷達探測。在六七十年代躲避盟軍的雷達探測。在六七十年代, ,美國在美國在SR - 71 SR - 71 高空高速偵察機上涂敷了雷達吸波材料。到現(xiàn)在雷達高空高速偵察機上涂敷了雷達吸波材料。到現(xiàn)在雷達 吸波材料已有十多種吸波材料已有十多種, ,如果按材料成型工藝和承載能力如果按材料成型工藝和承載能力, , 可分為可分為涂敷型吸波材料涂敷型吸波材料和和結構型吸波材料結構型吸波材料兩種。兩種。 涂敷型吸波材料涂敷型吸波材料 涂敷型吸波材料是將吸收劑與粘結劑混合后涂敷于涂敷型吸波材料是將吸收劑與粘結劑混合后涂敷于 目標表面成吸波涂層目標表面成吸

11、波涂層, ,因其吸波性能優(yōu)異和工藝簡因其吸波性能優(yōu)異和工藝簡 單而受到世界各國重視。單而受到世界各國重視。 目前涂敷型吸波材料主要包括目前涂敷型吸波材料主要包括 鐵氧體吸波涂料鐵氧體吸波涂料 超細金屬粉末吸波涂料超細金屬粉末吸波涂料 復合磁性金屬化合物吸波涂料復合磁性金屬化合物吸波涂料 羰基鐵吸波涂料羰基鐵吸波涂料 陶瓷吸波涂料陶瓷吸波涂料 摻雜高損物吸波涂料摻雜高損物吸波涂料 鹽類吸波涂料鹽類吸波涂料 放射性同位素吸波涂料放射性同位素吸波涂料 導電高分子吸波涂料導電高分子吸波涂料 納米吸波涂料納米吸波涂料 稀土元素吸波涂料等。稀土元素吸波涂料等。 其中鐵氧體是研究得比較多而且比較成熟的吸波材

12、料。其中鐵氧體是研究得比較多而且比較成熟的吸波材料。 例如例如, ,美國的美國的F - 117A F - 117A 隱身飛機隱身飛機和和“海上陰影海上陰影”號號隱隱 身艦艇都采用的是一種叫身艦艇都采用的是一種叫“鐵球鐵球”的鐵氧體涂料的鐵氧體涂料 。 陶瓷吸波涂料陶瓷吸波涂料也是一種研制較多的吸波材料也是一種研制較多的吸波材料, ,它比它比 鐵氧體、復合金屬粉末等吸波涂料的密度低、吸鐵氧體、復合金屬粉末等吸波涂料的密度低、吸 波性能好波性能好, ,而且還可以有效地減弱紅外輻射信號。而且還可以有效地減弱紅外輻射信號。 納米材料的興起納米材料的興起, ,使得納米吸波涂料也逐漸成為吸波材料的使得納米

13、吸波涂料也逐漸成為吸波材料的 一個發(fā)展方向。納米材料是指材料組分的特征在納米量級一個發(fā)展方向。納米材料是指材料組分的特征在納米量級 (1(1100nm) 100nm) 的材料的材料, ,它獨特的結構使其自身具有量子尺寸它獨特的結構使其自身具有量子尺寸 效應、宏觀量子隧道效應、小尺寸和界面效應效應、宏觀量子隧道效應、小尺寸和界面效應, ,金屬、金屬金屬、金屬 氧化物和某些金屬材料的納米級超微細粉末在細化過程中氧化物和某些金屬材料的納米級超微細粉末在細化過程中, , 處于表面的原子數(shù)越來越多處于表面的原子數(shù)越來越多, ,增大納米材料的活性增大納米材料的活性, ,在電磁在電磁 場的輻射下場的輻射下,

14、 ,原子、電子運動加劇原子、電子運動加劇, ,促使磁化促使磁化, ,使電磁能轉化使電磁能轉化 成熱能成熱能, ,從而從而增加了對電磁波的吸收增加了對電磁波的吸收。納米吸波涂料是一種。納米吸波涂料是一種 非常有發(fā)展前途的吸波涂料非常有發(fā)展前途的吸波涂料 。 結構型吸波材料結構型吸波材料 吸波材料的另一大類是結構型吸波材料吸波材料的另一大類是結構型吸波材料 , ,它是一種多功它是一種多功 能復合材料能復合材料, ,具有承載和減小雷達反射截面的雙重功能具有承載和減小雷達反射截面的雙重功能, , 是一種非常有發(fā)展前途的吸波材料。是一種非常有發(fā)展前途的吸波材料。 結構型吸波材料結構型吸波材料主要包括主要

15、包括 碳纖維復合材料碳纖維復合材料 碳碳碳復合材料碳復合材料 含鐵氧體的玻璃鋼材料含鐵氧體的玻璃鋼材料 充填石墨的復合材料充填石墨的復合材料 玻塑材料玻塑材料 碳化硅纖維復合材料碳化硅纖維復合材料 混雜纖維增強復合材料混雜纖維增強復合材料 特殊碳纖維增強的碳特殊碳纖維增強的碳熱塑性樹脂基復合材料熱塑性樹脂基復合材料 導電復合材料導電復合材料 結構手征復合材料等結構手征復合材料等 國外國外結構吸波材料結構吸波材料已經(jīng)進入應用階段。美國的先已經(jīng)進入應用階段。美國的先 進隱身戰(zhàn)斗轟炸機進隱身戰(zhàn)斗轟炸機F - 117 F - 117 、戰(zhàn)略轟炸機、戰(zhàn)略轟炸機B -2 B -2 、 戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機YF -

16、 22 YF - 22 、YF - 23 YF - 23 、F - 22F - 22以及先進巡以及先進巡 航導彈上都大量采用了航導彈上都大量采用了碳纖維、碳碳纖維、碳/ Kevlar / Kevlar 纖纖 維或碳維或碳/ / 玻璃纖維混雜纖維玻璃纖維混雜纖維作為增強材料的結構作為增強材料的結構 吸波材料吸波材料 。 美國在美國在1991 1991 年的海灣戰(zhàn)爭中使用了年的海灣戰(zhàn)爭中使用了F- 117 F- 117 隱身戰(zhàn)斗隱身戰(zhàn)斗 機機, ,出動出動1000 1000 多架次無一受損多架次無一受損, ,取得了很好的戰(zhàn)績。取得了很好的戰(zhàn)績。 “隱身隱身”用的特種碳纖維用的特種碳纖維與傳統(tǒng)的碳纖

17、維不同與傳統(tǒng)的碳纖維不同, ,特種碳特種碳 纖維的截面不是圓形的纖維的截面不是圓形的, ,而是有棱角的三角形、四方形而是有棱角的三角形、四方形 或多角形截面碳纖維或多角形截面碳纖維, ,用這種非圓形特種碳纖維與玻璃用這種非圓形特種碳纖維與玻璃 纖維混雜編織成三相織物纖維混雜編織成三相織物, ,這種三相織物就象微波暗室這種三相織物就象微波暗室 結構一樣結構一樣, ,有許許多多微小的角錐有許許多多微小的角錐, ,具有良好的吸波性具有良好的吸波性 能。能。 用這樣的特種碳纖維制成結構吸波材料具備隱身用這樣的特種碳纖維制成結構吸波材料具備隱身/ / 結結 構雙重功能構雙重功能, ,B - 2 B -

18、2 隱身轟炸機隱身轟炸機的蒙皮就是用這種的蒙皮就是用這種 “隱身隱身”特種碳纖維來制造多層吸波蒙皮特種碳纖維來制造多層吸波蒙皮, ,既能滿足既能滿足 飛機的機動特性飛機的機動特性, ,又不會反射雷達波又不會反射雷達波, ,能起到很好的隱能起到很好的隱 身作用身作用 。 混雜纖維增強復合材料混雜纖維增強復合材料是通過增強纖維之間一定的混是通過增強纖維之間一定的混 雜比例和結構設計形式制造而成的滿足特殊性能要求雜比例和結構設計形式制造而成的滿足特殊性能要求 或綜合性能較好的復合材料或綜合性能較好的復合材料, ,目前該種材料已應用于目前該種材料已應用于 美國的美國的B - 2 B - 2 隱身戰(zhàn)略轟

19、炸機。隱身戰(zhàn)略轟炸機。 碳化硅纖維復合材料是將碳纖維和碳化硅纖維以不同碳化硅纖維復合材料是將碳纖維和碳化硅纖維以不同 比例比例, ,通過人工設計的方法通過人工設計的方法, ,控制其電阻率控制其電阻率, ,便可制成便可制成 耐高溫、抗氧化耐高溫、抗氧化, ,具有優(yōu)異力學性能和良好吸波性能具有優(yōu)異力學性能和良好吸波性能 的碳化硅的碳化硅碳纖維復合纖維。碳化硅碳纖維復合纖維。碳化硅碳纖維復合纖碳纖維復合纖 維和接枝酰亞胺基團與環(huán)氧樹脂共聚改性為基體組成維和接枝酰亞胺基團與環(huán)氧樹脂共聚改性為基體組成 的結構材料的結構材料, ,具有優(yōu)異的吸波性能。具有優(yōu)異的吸波性能。 導電復合材料導電復合材料是由在非金

20、屬聚合物或樹脂類物質(zhì)中加是由在非金屬聚合物或樹脂類物質(zhì)中加 入導電性纖維或納米級金屬粉末制成的。當雷達波透入導電性纖維或納米級金屬粉末制成的。當雷達波透 過時過時, ,由于部分能量被吸收由于部分能量被吸收, ,而使反射的雷達波能量大而使反射的雷達波能量大 大衰減大衰減, ,因而成為有效的吸波材料因而成為有效的吸波材料, ,其吸收頻帶可通過其吸收頻帶可通過 加入物質(zhì)的種類和多少來調(diào)節(jié)?；烊氲膶щ娦岳w維主加入物質(zhì)的種類和多少來調(diào)節(jié)?；烊氲膶щ娦岳w維主 要有聚丙烯腈纖維、鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維等。要有聚丙烯腈纖維、鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維等。 這種復合材料可作為飛機或導彈的結構材料。這種復合材料可

21、作為飛機或導彈的結構材料。 不管是涂敷型吸波材料不管是涂敷型吸波材料, ,還是結構型吸波材料均是針還是結構型吸波材料均是針 對雷達探測系統(tǒng)研制開發(fā)的隱身材料對雷達探測系統(tǒng)研制開發(fā)的隱身材料, ,這些吸波材料這些吸波材料 主要吸收雷達輻射出的主要吸收雷達輻射出的厘米級電磁波厘米級電磁波 。然而近幾年。然而近幾年, , 毫米波雷達和米波雷達毫米波雷達和米波雷達的相繼問世的相繼問世, ,使雷達隱身吸波使雷達隱身吸波 材料將向兼容吸收厘米波、毫米波和米波材料將向兼容吸收厘米波、毫米波和米波, ,追求寬頻追求寬頻 帶吸收的方向發(fā)展。帶吸收的方向發(fā)展。 紅外隱身材料紅外隱身材料 隨著紅外探測技術的發(fā)展和先

22、進紅外探測器的問世隨著紅外探測技術的發(fā)展和先進紅外探測器的問世, , 紅外探測在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中將占有越來越重要的地位紅外探測在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中將占有越來越重要的地位, , 如如 海灣戰(zhàn)爭中美國擊落的飛機海灣戰(zhàn)爭中美國擊落的飛機, , 有有40 %40 %是由紅外制導的是由紅外制導的 空空空導彈擊中的空導彈擊中的 。因此。因此, ,紅外隱身材料的研究已成紅外隱身材料的研究已成 為繼雷達吸波材料之后未來吸波材料研究中的一個重為繼雷達吸波材料之后未來吸波材料研究中的一個重 要內(nèi)容。要內(nèi)容。 紅外隱身纖維材料紅外隱身纖維材料是紅外隱身材料的一種是紅外隱身材料的一種, ,是能夠吸是能夠吸 收或屏蔽紅外波以達到隱身

23、作用的功能性纖維材料。收或屏蔽紅外波以達到隱身作用的功能性纖維材料。 根據(jù)其功能根據(jù)其功能, ,紅外隱身纖維材料要求對紅外波紅外隱身纖維材料要求對紅外波, ,特別特別 是近紅外波有強吸收能力或屏蔽作用。是近紅外波有強吸收能力或屏蔽作用。 國外由于涉及軍事機密國外由于涉及軍事機密, ,因此有關紅外隱身纖維的因此有關紅外隱身纖維的 報道報道, ,不論期刊還是?？己苌俨徽撈诳€是?？己苌? ;國內(nèi)在這方面的工國內(nèi)在這方面的工 作也很少作也很少, ,在在80 80 年代雖曾有人用可吸收紅外波的染年代雖曾有人用可吸收紅外波的染 料或涂料在織物上涂層做成料或涂料在織物上涂層做成野戰(zhàn)迷彩服野戰(zhàn)迷彩服,

24、,但由于吸收但由于吸收 紅外波的效果不夠理想紅外波的效果不夠理想, ,因此也沒有什么可借鑒之處。因此也沒有什么可借鑒之處。 但由于這種紅外隱身纖維材料的核心就是紅外吸收但由于這種紅外隱身纖維材料的核心就是紅外吸收 劑劑, ,而國內(nèi)外有關紅外吸收劑的研究已有不少。而國內(nèi)外有關紅外吸收劑的研究已有不少。 早在早在1990 1990 年年, ,MasarnMasarn Matsuoka Matsuoka就指出酞菁化合物是一就指出酞菁化合物是一 種好的近紅外吸收劑種好的近紅外吸收劑, ,由酞菁經(jīng)過反應形成的金屬酞菁由酞菁經(jīng)過反應形成的金屬酞菁 化合物及其衍生物可吸收化合物及其衍生物可吸收772nm 7

25、72nm 以上的近紅外波。以上的近紅外波。 D. Setiadi D. Setiadi 等人研究出一種導電聚合物應用于自吸收等人研究出一種導電聚合物應用于自吸收 的熱電傳感器的熱電傳感器, ,其原理是使用一種其原理是使用一種紅外吸收劑紅外吸收劑將入射的將入射的 紅外輻射全部吸收紅外輻射全部吸收, ,并把它轉變成熱能并把它轉變成熱能, ,通過熱電傳感器通過熱電傳感器 上溫度的升高而檢測到紅外輻射上溫度的升高而檢測到紅外輻射, ,在此研究中使用的紅在此研究中使用的紅 外吸收劑主要是聚吡咯、聚噻吩。將聚噻吩與聚苯乙烯外吸收劑主要是聚吡咯、聚噻吩。將聚噻吩與聚苯乙烯 磺酸鹽在水中混合成膠體懸濁液磺酸鹽

26、在水中混合成膠體懸濁液, ,將其與粘合劑混合應將其與粘合劑混合應 用噴涂或溶液澆鑄的技術涂敷在熱電感應器上用噴涂或溶液澆鑄的技術涂敷在熱電感應器上, ,這樣的這樣的 紅外吸收劑能吸收紅外吸收劑能吸收90 %90 %以上的位于以上的位于2 24m 4m 波長的紅外波長的紅外 線。這種熱電感應器顯示出比普通熱電感應器具有更高線。這種熱電感應器顯示出比普通熱電感應器具有更高 的靈敏度。的靈敏度。 在紅外吸收劑方面在紅外吸收劑方面, ,國內(nèi)也進行了一定的研究開發(fā)工國內(nèi)也進行了一定的研究開發(fā)工 作。電子工業(yè)用染料被用作光電體系中有效吸光的關作。電子工業(yè)用染料被用作光電體系中有效吸光的關 鍵物質(zhì)鍵物質(zhì),

27、,在激光系統(tǒng)、熱寫顯示系統(tǒng)等體系中在激光系統(tǒng)、熱寫顯示系統(tǒng)等體系中, ,近紅外近紅外 吸收染料被用作激光有效的感光介質(zhì)。這些染料包括吸收染料被用作激光有效的感光介質(zhì)。這些染料包括 菁染料、醌染料、酞菁染料、金屬絡合染料菁染料、醌染料、酞菁染料、金屬絡合染料, ,它們對它們對 在在780780830nm 830nm 范圍內(nèi)的近紅外光有強吸收作用范圍內(nèi)的近紅外光有強吸收作用, ,摩爾摩爾 吸光度大吸光度大, ,從而得到較高的靈敏度從而得到較高的靈敏度 。 盡管國內(nèi)外在紅外吸收劑方面研究比較多盡管國內(nèi)外在紅外吸收劑方面研究比較多, ,但將紅外吸但將紅外吸 收劑應用于纖維或織物的報道卻比較少。瑞士山德

28、士公收劑應用于纖維或織物的報道卻比較少。瑞士山德士公 司的司的Friedrich Friedrich 等人采用五六或六六雜環(huán)化合物的紅外等人采用五六或六六雜環(huán)化合物的紅外 吸收劑涂敷于織物上吸收劑涂敷于織物上, ,從而達到隱身目的。另據(jù)美國從而達到隱身目的。另據(jù)美國 防務新聞防務新聞(1998. 4. 6(1998. 4. 612) 12) 報道報道, ,美國正在研制一美國正在研制一 種低成本射頻吸波材料種低成本射頻吸波材料, ,可以用作纖維使用可以用作纖維使用, ,明顯降低人明顯降低人 體的紅外信號特征體的紅外信號特征。但由于涉及軍事機密。但由于涉及軍事機密, ,沒有詳細報沒有詳細報 道。所

29、以道。所以, ,直到現(xiàn)在還未有將紅外吸收劑加入紡絲中制直到現(xiàn)在還未有將紅外吸收劑加入紡絲中制 成紅外纖維隱身材料的報道成紅外纖維隱身材料的報道。毫無疑問。毫無疑問, ,紅外隱身纖維紅外隱身纖維 材料必定是未來隱身材料的發(fā)展方向。材料必定是未來隱身材料的發(fā)展方向。 隨著雷達與紅外探測器性能的提高隨著雷達與紅外探測器性能的提高, ,武器裝備面臨的武器裝備面臨的 戰(zhàn)場威脅環(huán)境將更加惡劣戰(zhàn)場威脅環(huán)境將更加惡劣, ,對隱身材料提出了更高的對隱身材料提出了更高的 要求。要求。雷達隱身材料將向兼容吸收厘米波、毫米波和雷達隱身材料將向兼容吸收厘米波、毫米波和 米波米波, ,追求寬頻帶吸收的結構型吸波纖維材料方

30、向發(fā)追求寬頻帶吸收的結構型吸波纖維材料方向發(fā) 展展。而隨著紅外探測技術的發(fā)展和先進紅外探測器的。而隨著紅外探測技術的發(fā)展和先進紅外探測器的 問世問世, ,紅外隱身纖維材料的研究也將成為未來吸波材紅外隱身纖維材料的研究也將成為未來吸波材 料研究中的重點料研究中的重點。 多功能隱身材料多功能隱身材料 多功能隱身材料是一個發(fā)展方向多功能隱身材料是一個發(fā)展方向, ,世界各國都在開世界各國都在開 展紅外與雷達兼容、紅外與激光兼容、激光與雷達展紅外與雷達兼容、紅外與激光兼容、激光與雷達 兼容等多功能隱身材料的研究工作兼容等多功能隱身材料的研究工作。 紅外紅外/ / 雷達多功能隱身材料雷達多功能隱身材料 在

31、當代軍事探測和制導技術中雷達和紅外是兩種最普在當代軍事探測和制導技術中雷達和紅外是兩種最普 通和最主要的技術。通和最主要的技術。紅外紅外/ / 雷達雷達兼容的多功能隱身材兼容的多功能隱身材 料在多功能隱身材料的研制中開展最早料在多功能隱身材料的研制中開展最早, ,報道最多。報道最多。 紅外紅外/ / 雷達兼容的多功能隱身材料要求在可見光雷達兼容的多功能隱身材料要求在可見光 和近紅外有偽裝作用和近紅外有偽裝作用, ,對微波有高吸收低反射對微波有高吸收低反射, ,在在 熱紅外波段有低發(fā)射率。熱紅外波段有低發(fā)射率。目前可應用的熱紅外隱目前可應用的熱紅外隱 身材料和雷達隱身材料都不能達到上述要求。身材

32、料和雷達隱身材料都不能達到上述要求。 紅外紅外/ / 雷達兼容的隱身原理雷達兼容的隱身原理 從原理上分析從原理上分析, ,研制紅外研制紅外/ / 雷達兼容的多功能隱身材料雷達兼容的多功能隱身材料 有兩種方法有兩種方法: :一是研制一種材料一是研制一種材料, ,使它同時具有微波高使它同時具有微波高 吸收、熱紅外低輻射的性能吸收、熱紅外低輻射的性能, ,且兼容可見光和近紅外隱且兼容可見光和近紅外隱 身身; ;二是分別研制高性能微波吸收材料和低輻射的紅外二是分別研制高性能微波吸收材料和低輻射的紅外 隱身材料隱身材料, ,后將它們復合后將它們復合, ,使其復合后各隱身性能保持使其復合后各隱身性能保持

33、不變或變化不大。不變或變化不大。 兩條技術途徑從原理上講是可行的兩條技術途徑從原理上講是可行的, ,但實施起來有相但實施起來有相 當大的難度。當大的難度。 因為對不透明體有能量守恒定律因為對不透明體有能量守恒定律: :+ + R R = 1 = 1 ,為發(fā)為發(fā) 射率射率, , R R 為反射率。因此為反射率。因此小小, , R R 就必然大就必然大, ,反之亦反之亦 然。然。 盡管如此盡管如此, ,由于它們都是波長的函數(shù)且紅外波與雷達由于它們都是波長的函數(shù)且紅外波與雷達 波相差較大波相差較大, ,因此因此, ,找到微波區(qū)反射率小找到微波區(qū)反射率小, ,而熱紅外反而熱紅外反 射率大、發(fā)射率小的材

34、料是有可能的。射率大、發(fā)射率小的材料是有可能的。 紅外紅外/ / 雷達兼容隱身材料的種類雷達兼容隱身材料的種類 目前國內(nèi)外研制的紅外與微波兼容的多功能隱身材料目前國內(nèi)外研制的紅外與微波兼容的多功能隱身材料 主要有單一型材料和復合型材料兩種。主要有單一型材料和復合型材料兩種。 單一型材料單一型材料 摻雜半導體材料摻雜半導體材料 紅外隱身材料中應用最多的是金屬材料紅外隱身材料中應用最多的是金屬材料, ,金屬材料雖金屬材料雖 有良好的紅外反射性能有良好的紅外反射性能, ,但不利于雷達隱身。因此研但不利于雷達隱身。因此研 制兼容性良好的單一型的紅外制兼容性良好的單一型的紅外/ / 雷達隱身材料一直是雷

35、達隱身材料一直是 研究者奮斗的目標。摻雜半導體材料的出現(xiàn)給單一型研究者奮斗的目標。摻雜半導體材料的出現(xiàn)給單一型 的紅外的紅外/ / 雷達隱身材料研制帶來了一絲曙光。雷達隱身材料研制帶來了一絲曙光。 德國專利把半導體材料德國專利把半導體材料三氧化二銦三氧化二銦粉碎后和基料粉碎后和基料( (漆、漆、 樹脂等樹脂等) ) 復合成涂料復合成涂料, ,半導體材料可以是小棒、六面體半導體材料可以是小棒、六面體 和小片和小片( (小片較好小片較好) ,) ,粒度為粒度為1 11000m ,1000m ,涂料涂層厚涂料涂層厚 度應小于微波波長度應小于微波波長, ,可用涂層厚度和半導體粒度來調(diào)節(jié)可用涂層厚度和半

36、導體粒度來調(diào)節(jié) 吸收率和反射率。為了使紅外隱身和微波隱身更好的吸收率和反射率。為了使紅外隱身和微波隱身更好的 兼容兼容, ,還可以做成雙層和多層涂料還可以做成雙層和多層涂料 。 導電高聚物導電高聚物 導電高聚物主要是聚吡咯、聚苯胺、聚已炔和噻吩。導電高聚物主要是聚吡咯、聚苯胺、聚已炔和噻吩。 研究表明導電高聚物電導率研究表明導電高聚物電導率 10 - 4 s/ m 10 - 4 s/ m 時時, ,無明無明 顯的微波吸收特性顯的微波吸收特性; ;當當10 - 4 10 - 4 1 S/ m 1 S/ m 1 S/ m時時, , 材料呈金屬特性材料呈金屬特性, ,具有電磁屏蔽作用。具有電磁屏蔽作

37、用。 涂層厚度在涂層厚度在101015m 15m 時時, ,一些導電高聚物在一些導電高聚物在8 8 20m 20m 的范圍內(nèi)的紅外發(fā)射率可小于的范圍內(nèi)的紅外發(fā)射率可小于0. 4 0. 4 。導電高。導電高 聚物材料重量輕、材料組成可控性好、導電率變化聚物材料重量輕、材料組成可控性好、導電率變化 范圍大。作為單一型多功能隱身材料的前景十分樂范圍大。作為單一型多功能隱身材料的前景十分樂 觀觀, , 等離子體氣懸體等離子體氣懸體 等離子體是氣體電離形成的等離子體是氣體電離形成的, ,對電磁波的傳播有很大的影響。對電磁波的傳播有很大的影響。 如果條件適合如果條件適合, ,它能反射或吸收某一波段的電磁波

38、它能反射或吸收某一波段的電磁波, ,并可衰并可衰 減紅外、聲波和抗靜電。所以減紅外、聲波和抗靜電。所以, ,美國、前蘇聯(lián)等軍事強國都美國、前蘇聯(lián)等軍事強國都 在絕密的情況下進行該課題的研究。在絕密的情況下進行該課題的研究。 中國科技大學曹金祥等對該等離子體進行測試中國科技大學曹金祥等對該等離子體進行測試, ,結果結果 顯示該等離子體不僅對顯示該等離子體不僅對3 cm3 cm以上的雷達波實現(xiàn)截止以上的雷達波實現(xiàn)截止, , 而且也是對紅外實現(xiàn)干擾的理想手段。目前而且也是對紅外實現(xiàn)干擾的理想手段。目前, ,主要用主要用 放射性同位素鍶放射性同位素鍶90 90 、釙、釙210210產(chǎn)生等離子體產(chǎn)生等離

39、子體, ,但放射性但放射性 同位素涂層的主要缺陷是對人體有傷害。同位素涂層的主要缺陷是對人體有傷害。 早在早在20 20 多年前多年前, ,美國與美國與GerneralGerneral Motor Motor公司協(xié)作的幾公司協(xié)作的幾 個單位就開始了對這種等離子體的研究個單位就開始了對這種等離子體的研究, ,但迄今未見但迄今未見 有關應用的報道有關應用的報道, ,說明其尚未解決實用的困難。說明其尚未解決實用的困難。 隱身煙霧隱身煙霧 隱身煙霧不僅能對付光學偵察隱身煙霧不僅能對付光學偵察, ,還可以干擾雷達還可以干擾雷達, ,屏蔽屏蔽 目標的熱紅外輻射目標的熱紅外輻射, ,從而大大降低目標被發(fā)現(xiàn)的

40、概率。從而大大降低目標被發(fā)現(xiàn)的概率。 美英等國的坦克、裝甲車一般都帶有發(fā)煙裝置美英等國的坦克、裝甲車一般都帶有發(fā)煙裝置 。它是。它是 通過向發(fā)動機排氣裝置中噴射柴油或機油產(chǎn)生混合氣通過向發(fā)動機排氣裝置中噴射柴油或機油產(chǎn)生混合氣, , 混合氣排出車外遇冷空氣混合氣排出車外遇冷空氣, ,凝結成微小液滴從而形成煙凝結成微小液滴從而形成煙 霧。這種裝置的優(yōu)點是結構簡單霧。這種裝置的優(yōu)點是結構簡單, ,煙霧濃度可調(diào)煙霧濃度可調(diào), ,并可并可 連續(xù)和多次施放。目前連續(xù)和多次施放。目前, ,可見光和近紅外隱身煙霧技術可見光和近紅外隱身煙霧技術 已十分成熟已十分成熟, ,并且對中遠紅外也有顯著的衰減作用并且對中遠紅外也有顯著的衰減作用, ,但但 對雷達的隱身效果還不太理想。對雷達的隱身效果還不太理想。 復合型材料復合型材料 雙層材料雙層材料 最常見的是涂敷型雙層材料。一般有微波吸收底層和紅最常見的是涂敷型雙層材料。一般有微波吸收底層和紅 外吸收面層組成。外吸收面層組成。 德國研制了一種雙層材料德國研制了一種雙層材料, ,