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  2. 隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料介紹
    2020-09-04 16:37:36 作者:鑫鑫 來源:新材料科技資訊 分享至:

    兵者,詭道也。自古以來,用兵打仗,排兵布陣,總少不了詭詐之術(shù),目的就是為了在戰(zhàn)爭(zhēng)中以己方最小的損失來換取勝利。在當(dāng)今的戰(zhàn)場(chǎng)上,應(yīng)用各種實(shí)實(shí)虛虛、若明若暗、隱真示假、迷惑敵人的各種詭道,使敵人防不勝防,那就更能取得戰(zhàn)場(chǎng)上的主動(dòng)性,從而贏得勝利。而,隱身偽裝技術(shù)就是一項(xiàng)十分有利的“詭計(jì)”,它能夠反制敵人的偵察,擾亂敵人的情報(bào)工作,從而很好的隱藏本方的軍事意圖和軍事裝備部署。


    隱身技術(shù)是傳統(tǒng)偽裝技術(shù)的一種應(yīng)用和延伸。隱身技術(shù)又稱隱形技術(shù),是減弱己方目標(biāo)輻射和反射的特征信息,使敵方難以用探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的技術(shù)。隱身技術(shù)起源于第二次世界大戰(zhàn),60-70年代進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)期,80年代以后逐步進(jìn)入深化研究和廣泛應(yīng)用的階段。由于現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上的偵察探測(cè)系統(tǒng)主要有雷達(dá)、紅外、電子、可見光及聲波等探測(cè)系統(tǒng),因此隱身技術(shù)也相應(yīng)地發(fā)展了反雷達(dá)探測(cè)、反紅外探測(cè)、反電子探測(cè)、反可見光探測(cè)和反聲波探測(cè)隱身技術(shù)。近年來,由于各種隱身技術(shù)取得了突破性進(jìn)展,如美國的F—117A隱身戰(zhàn)斗機(jī)、ACM—129隱身巡航導(dǎo)彈,法國的“拉菲特”級(jí)隱身護(hù)衛(wèi)艦等。另外,隱身坦克、隱身火炮等也在研制之中。武器裝備隱身化已成為一種趨勢(shì)。


    隱身材料是隱身技術(shù)的重要組成部分,在裝備外形不能改變的前提下,隱身材料(stealth material)是實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。武器系統(tǒng)采用隱身材料可以降低被探測(cè)率,提高自身的生存率,增加攻擊性,獲得最直接的軍事效益。因此隱身材料的發(fā)展及其在飛機(jī)、主戰(zhàn)坦克、艦船、箭彈上應(yīng)用,將成為國防高技術(shù)的重要組成部分。對(duì)于地面武器裝備,主要防止空中雷達(dá)或紅外設(shè)備探測(cè)、雷達(dá)制導(dǎo)武器和激光制導(dǎo)炸彈的攻擊 ;對(duì)于作戰(zhàn)飛機(jī),主要防止空中預(yù)警機(jī)雷達(dá)、機(jī)載火控雷達(dá)和紅外設(shè)備的探測(cè),主動(dòng)和半主動(dòng)雷達(dá)、空對(duì)空導(dǎo)彈和紅外格斗導(dǎo)彈的攻擊。


    隱身材料可以降低被探測(cè)率,提高自身的生存率,是隱身技術(shù)的重要組成部分。按頻譜可分為聲、雷達(dá)、紅外、可見光、激光隱身材料。按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。


    雷達(dá)吸波材料


    雷達(dá)吸波材料是最重要的隱身材料之一,它能吸收雷達(dá)波,使反射波減弱甚至不反射雷達(dá)波,從而達(dá)到隱身的目的。如日本研制的一種由電阻抗變換層和低阻抗諧振層組成的寬頻帶高效吸波涂料,其中變換層由鐵氧體和樹脂混合組成,諧振層由鐵氧體導(dǎo)電短纖維和樹脂組成,在1~20吉赫的雷達(dá)波段上吸收率達(dá)20分貝以上。雷達(dá)吸波材料中尤以結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料和吸波涂料最為重要,國外目前已實(shí)用的主要也是這兩類隱身材料。


    結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料


    結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料是一種多功能復(fù)合材料,它既能承載作結(jié)構(gòu)件,具備復(fù)合材料質(zhì)輕、高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),又能較好地吸收或透過電磁波,已成為當(dāng)前隱身材料重要的發(fā)展方向。


    國外的一些軍機(jī)和導(dǎo)彈均采用了結(jié)構(gòu)型RAM,如SRAM導(dǎo)彈的水平安定面,A-12機(jī)身邊緣、機(jī)翼前緣和升降副翼,F(xiàn)-111飛機(jī)整流罩,B-1B和美英聯(lián)合研制的鷂-Ⅱ飛機(jī)的進(jìn)氣道,以及日本三菱重工研制的空艦彈ASM-1和地艦彈SSM-1的彈翼等均采用了結(jié)構(gòu)型RAM。近年來,復(fù)合材料的高速發(fā)展為結(jié)構(gòu)吸波材料的研制提供了保障。新型熱塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)、PPS(聚苯硫醚)以及熱固性的環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺和異氰酸酯等都具有比較好的介電性能,由它們制成的復(fù)合材料具有較好的雷達(dá)傳輸和透射性。采用的纖維包括有良好介電透射性的石英纖維、電磁波透射率高的聚乙烯纖維、聚四氟乙烯纖維、陶瓷纖維,以及玻纖、聚酰胺纖維。碳纖維對(duì)吸波結(jié)構(gòu)具有特殊意義,近年來,國外對(duì)碳纖維作了大量改良工作,如改變碳纖維的橫截面形狀和大小,對(duì)碳纖維表面進(jìn)行表面處理,從而改善碳纖維的電磁特性,以用于吸波結(jié)構(gòu)。


    美國空軍研究發(fā)現(xiàn)將PEEK、PEK和PPS抽拉的單絲制成復(fù)絲分別與碳纖維、陶瓷纖維等按一定比例交替混雜成紗束,編織成各種織物后再與PEEK或PPS制成復(fù)合材料,具有優(yōu)良的吸收雷達(dá)波性能,又兼具有重量輕、強(qiáng)度大、韌性好等特點(diǎn)。據(jù)稱美國先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF)結(jié)構(gòu)的50%將采用這一類結(jié)構(gòu)吸波材料,材料牌號(hào)為APC(HTX)。


    國外典型的產(chǎn)品有用于B-2飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼蒙皮的雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu),其使用了非圓截面(三葉形、C形)碳纖維和蜂窩夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中,吸波物質(zhì)的密度從外向內(nèi)遞增,并把多層透波蒙皮作面層,多層蒙皮與蜂窩芯之間嵌入電阻片,使雷達(dá)波照射在B-2的機(jī)身和機(jī)翼時(shí),首先由多層透波蒙皮導(dǎo)入,進(jìn)入的雷達(dá)在蜂窩芯內(nèi)被吸收。該吸波材料的密度為0.032g/cm,蜂窩芯材在6-18GHz時(shí),衰減達(dá)20dB;其它的產(chǎn)品如英國Plessey公司的“泡沫LA-1型”吸波結(jié)構(gòu)以及在這一基礎(chǔ)上發(fā)展的LA-3、LA-4、LA-1沿長(zhǎng)度方向厚度在3.8~7.6cm變化,厚12mm時(shí)重2.8kg/m2,用輕質(zhì)聚氨酯泡沫構(gòu)成,在4.6~30GHz內(nèi)入射波衰減大于10dB;Plessey公司的另一產(chǎn)品K-RAM由含磁損填料的芳酰胺纖維組成,厚5~10mm,重7~15kg/m2,在2~18GHz衰減大于7dB。美國Emerson公司的EccosorbCR和Eccosorb MC系列有較好的吸波性,其中CR-114及CR-124已用于SRAM導(dǎo)彈的水平安定面,密度為1.6~4.6kg/m2,耐熱180℃,彎曲強(qiáng)度1050kg/cm2,在工作頻帶內(nèi)的衰減為20dB左右。日本防衛(wèi)廳技術(shù)研究所與東麗株式會(huì)社研制的吸波結(jié)構(gòu),由吸波層(由碳纖維或硅化硅纖維與樹脂復(fù)合而成)、匹配層(由氧化鋯、氧化鋁、氮化硅或其它陶瓷制成)、反射層(由金屬、薄膜或碳纖維織物制成)構(gòu)成,厚2mm,10GHz時(shí)復(fù)介電數(shù)為14-j24、樣品在7~17GHz內(nèi)反射衰減>10dB。


    在結(jié)構(gòu)吸波材料領(lǐng)域,西方國家中以美國和日本的技術(shù)最為先進(jìn),尤其在復(fù)合材料、碳纖維、陶瓷纖維等研究領(lǐng)域,日本顯示出強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。英國的Plesey公司也是該領(lǐng)域的主要研究機(jī)構(gòu)。


    雷達(dá)吸波涂料


    雷達(dá)吸波涂料主要包括磁損性涂料、電損性涂料。


    (1) 磁損性涂料


    磁損性涂料主要由鐵氧體等磁性填料分散在介電聚合物中組成。目前國外航空器的雷達(dá)吸波涂層大都屬于這一類。這種涂層在低頻段內(nèi)有較好的吸收性。美國Condictron公司的鐵氧體系列涂料,厚1mm,在2~10GHz內(nèi)衰減達(dá)10~12dB,耐熱達(dá)500℃;Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm,重4.9kg/m2,在常用雷達(dá)頻段內(nèi)(1~16GHz)有良好的衰減性能(10dB)。磁損型涂料的實(shí)際重量通常為8~16kg/m2,因而降低重量是亟待解決的重要問題。


    (2) 電損性涂料


    電損性涂料通常以各種形式的碳、SiC粉、金屬或鍍金屬纖維為吸收劑,以介電聚合物為粘接劑所組成。這種涂料重量較輕(一般可低于4kg/m2),高頻吸收好,但厚度大,難以做到薄層寬頻吸收,尚未見純電損型涂層用于飛行器的報(bào)道。90年代美國Carnegie-Mellon大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一系列非鐵氧體型高效吸收劑,主要是一些視黃基席夫堿鹽聚合物,其線型多烯主鏈上含有連接二價(jià)基的雙鏈碳-氮結(jié)構(gòu),據(jù)稱涂層可使雷達(dá)反射降低80%,比重只有鐵氧體的1/10,有報(bào)道說這種涂層已用于B-2飛機(jī)。


    紅外隱身材料


    紅外隱身材料作為熱紅外隱身材料中最重要的品種,因其堅(jiān)固耐用、成本低廉、制造施工方便,且不受目標(biāo)幾何形狀限制等優(yōu)點(diǎn)一直受到各國的重視,是近年來發(fā)展最快的熱隱身材料,如美國陸軍裝備研究司令部、英國BTRRLC公司材料系統(tǒng)部、澳大利亞國防科技組織的材料研究室、德國PUSH GUNTER和瑞典巴拉居達(dá)公司均已開發(fā)了第二代產(chǎn)品,有些可兼容紅外、毫米波和可見光。近年來美國等西方國家在探索新型顏料和粘接劑等領(lǐng)域作了大量工作。新一代的熱隱身涂料大多采用熱紅外透明度。國內(nèi)外目前研制的紅外隱身材料主要有單一型和復(fù)合型兩種。


    單一型紅外隱身材料


    導(dǎo)電高聚物材料重量輕、材料組成可控性好且導(dǎo)電率變化范圍大,因此作為單一紅外隱身材料使用的前景十分樂觀,但其加工較困難且價(jià)格相當(dāng)昂貴,除聚苯胺外尚無商品生產(chǎn)。E. R. Stein等人研究發(fā)現(xiàn), 導(dǎo)電聚合物聚吡咯在 1. 0~2. 0GHz 對(duì)電磁波的衰減達(dá)26dB。中科院化學(xué)所的萬梅香等人研制的導(dǎo)電高聚物涂層材料,當(dāng)涂層厚度在 10~15μm 時(shí),一些導(dǎo)電高聚物在8~20μm 的范圍內(nèi)的紅外發(fā)射率可小于0. 4。


    復(fù)合型紅外隱身材料


    復(fù)合型紅外隱身材料主要有涂料型隱身材料、多層隱身材料和夾芯材料。


    (1) 涂料型隱身材料


    涂料型紅外隱身材料一般由粘合劑和填料兩部分組成。填料和粘合劑是影響紅外隱身性能的主要因素,目前的研究大多針對(duì)熱隱身。


    (2) 多層隱身材料


    多層隱身材料中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。德國的 Boehne研制了一種雙層材料, 底層有導(dǎo)電石墨、炭化硼等雷達(dá)吸收劑 ( 75%~85%) , Sb2O3 阻燃劑( 6%~8%) 和橡膠粘合劑( 7%~18%) 組成,面層含有在大氣窗口具有低發(fā)射率的顏料。國內(nèi)研制出了面層為低發(fā)射率的紅外隱身材料, 內(nèi)層雷達(dá)隱身材料可用結(jié)構(gòu)型和涂層型兩種吸波材料的雙層隱身材料。


    (3) 夾芯材料


    夾芯材料一般由面板和芯組成。面板一般為透波材料, 芯為電磁損耗材料和紅外隱身材料。


    納米復(fù)合隱身材料


    納米材料的特性


    表面效應(yīng)。納米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相當(dāng)大的比例,隨著粒徑的減小,表面原子數(shù)量比迅速增加。由于表面原子數(shù)量比增多,原子配位不足及高的表面能,使這些表面原子具有高的活性,極不穩(wěn)定,很容易與其他原子結(jié)合。


    量子尺寸效應(yīng)。粒子尺寸下降到一定值時(shí),費(fèi)米能級(jí)附近的電子連續(xù)能級(jí)離散化,致使納米材料具有高的光學(xué)非線性,特異的催化及光催化特性。


    小尺寸效應(yīng)。當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)或德布羅意波長(zhǎng)及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度等物理尺寸特征相當(dāng)或者更小時(shí),晶體周期性的邊界條件將被破壞,從而產(chǎn)生一系列的光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。


    納米復(fù)合隱身材料的隱身機(jī)理


    由于納米材料的結(jié)構(gòu)尺寸在納米數(shù)量級(jí),物質(zhì)的量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等方面對(duì)材料性能有重要影響。隱身材料按其吸波機(jī)制可分為電損耗型與磁損耗型。電損耗型隱身材料包括SiC粉末、SiC纖維、金屬短纖維、鈦酸鋇陶瓷體、導(dǎo)電高聚物以及導(dǎo)電石墨粉等;磁損耗型隱身材料包括鐵氧體粉、羥基鐵粉、超細(xì)金屬粉或納米相材料等。下面分別以納米金屬粉體(如Fe、Ni等)與納米Si/C/N粉體為例,具體分析磁損耗型與電損耗型納米隱身材料的吸波機(jī)理。


    金屬粉體(如Fe、Ni等)隨著顆粒尺寸的減小,特別是達(dá)到納米級(jí)后,電導(dǎo)率很低,材料的比飽和磁化強(qiáng)度下降,但磁化率和矯頑力急劇上升。其在細(xì)化過程中,處于表面的原子數(shù)越來越多,增大了納米材料的活性,因此在一定波段電磁波的輻射下,原子、電子運(yùn)動(dòng)加劇,促進(jìn)磁化,使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能,從而增加了材料的吸波性能。一般認(rèn)為,其對(duì)電磁波能量的吸收由晶格電場(chǎng)熱振動(dòng)引起的電子散射、雜質(zhì)和晶格缺陷引起的電子散射以及電子與電子之間的相互作用三種效應(yīng)來決定。


    納米Si/C/N粉體的吸波機(jī)理與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。但目前對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究并沒有得出確切結(jié)論,本文僅以M.Suzuki等人對(duì)激光誘導(dǎo)SiH4+C2H4+NH3氣相合成的納米Si/C/N粉體所提出的Si(C)N固溶體結(jié)構(gòu)模型來作說明。其理論認(rèn)為,在納米Si/C/N粉體中固溶了N,存在Si(N)C固溶體,而這些判斷也得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成帶電缺陷。在正常的SiC晶格中,每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰的硅原子以共價(jià)鍵連接,同樣每個(gè)硅原子也與周圍的四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵。當(dāng)N原子取代C原子進(jìn)入SiC后,由于N只有三價(jià),只能與三個(gè)Si原子成鍵,而另外的一個(gè)Si原子將剩余一個(gè)不能成鍵的價(jià)電子。由于原子的熱運(yùn)動(dòng),這個(gè)電子可以在N原子周圍的四個(gè)Si原子上運(yùn)動(dòng),從一個(gè)Si原子上跳躍到另一個(gè)Si原子上。在跳躍過程中要克服一定勢(shì)壘,但不能脫離這四個(gè)Si原子組成的小區(qū)域,因此,這個(gè)電子可以稱為“準(zhǔn)自由電子”。在電磁場(chǎng)中,此“準(zhǔn)自由電子”在小區(qū)域內(nèi)的位置隨電磁場(chǎng)的方向而變化,導(dǎo)致電子位移。電子位移的馳豫是損耗電磁波能量的主要原因。帶電缺陷從一個(gè)平衡位置躍遷到另一個(gè)平衡位置,相當(dāng)于電矩的轉(zhuǎn)向過程,在此過程中電矩因與周圍粒子發(fā)生碰撞而受阻,從而運(yùn)動(dòng)滯后于電場(chǎng),出現(xiàn)強(qiáng)烈的極化馳豫。


    納米復(fù)合隱身材料因?yàn)榫哂泻芨叩膶?duì)電磁波的吸收特性,已經(jīng)引起了各國研究人員的極度重視,而與其相關(guān)的探索與研究工作也已經(jīng)在多國展開。盡管目前工程化研究仍然不成熟,實(shí)際應(yīng)用未見報(bào)道,但其已成為隱身材料重點(diǎn)研究方向之一,今后的發(fā)展前景一片光明。而其一旦應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品,也必將會(huì)對(duì)各國的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等多方面產(chǎn)生巨大影響。


    納米材料的制備方法


    下面重點(diǎn)以兩種常用的方法來討論納米材料的制備方法。


    (1)溶膠-凝膠法


    溶膠-凝膠法是近年來發(fā)展的一種制備納米材料的新工藝。此法是將金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)溶液制成溶膠,再在一定條件下(如加熱)將其脫水,則具有流動(dòng)性的溶膠逐漸變粘稠,成為略顯彈性的固體凝膠,再將凝膠干燥、焙燒得到納米級(jí)產(chǎn)物。燒結(jié)的方式和溫度隨物料的不同也有差異,如用微波加熱代替常規(guī)加熱,在較低的溫度和極短時(shí)間內(nèi)合成了粒度小、純度高的超細(xì)粉;還比如用γ射線照射制得納米級(jí)CdSe/聚丙烯酰胺復(fù)合粉。此類方法還能制備氣孔互聯(lián)的多孔納米材料。可利用液體滲透、物理方法和化學(xué)沉積、熱解、氧化及還原反應(yīng)來填充氣孔以制備復(fù)合材料。目前采用此法制備納米材料的具體技術(shù)和工藝很多,但按其產(chǎn)生溶膠-凝膠的機(jī)制來分主要有三種類型。


    (a)傳統(tǒng)膠體型。通過控制溶液中金屬離子的沉淀過程,使形成的顆粒不團(tuán)聚成大顆粒而沉降,得到穩(wěn)定均勻的溶膠,再經(jīng)蒸發(fā)溶劑(脫水)得到凝膠。AdrianaS.Albuquerque等人運(yùn)用傳統(tǒng)膠體法使Ni0.5Zn0.5Fe2O4納米顆粒向前在SiO2玻璃相中,通過改變鐵氧體的量和退火溫度來獲得需要的磁性能。


    (b)無機(jī)聚合物型。通過可溶性聚合物在水或有機(jī)相中的溶膠-凝膠法過程,使金屬離子均勻分散于凝膠中。常用聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺等。王麗等人用聚乙烯醇溶膠-凝膠法制得Ni1-xZnxFe2O4(0≤x≤1)納米顆粒,此法得到的產(chǎn)物純度高,顆粒細(xì),熱處理溫度低。Gang Xiong等人用硬脂酸凝膠法制得10-25nm大小的Ba4Co2Fe36O60粉末,且隨熱處理溫度提高,粉末形狀由球形轉(zhuǎn)化為立方體。


    (c)絡(luò)合物型。利用絡(luò)合劑將金屬離子形成絡(luò)合物,再經(jīng)溶膠-凝膠過程形成絡(luò)合物凝膠。常用絡(luò)合劑有檸檬酸等。劉常坤采用檸檬酸絡(luò)合分解的溶膠-凝膠法制得平均粒徑30nm且分散均勻的CoFe2O4超細(xì)微粒。


    與其他傳統(tǒng)的無機(jī)材料制備方法相比,溶膠-凝膠法具有反應(yīng)燒結(jié)溫度低,粒徑分布均勻等優(yōu)點(diǎn),但其也有反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng),凝膠易開裂等缺點(diǎn)。這些都值得我們?cè)趹?yīng)用此法時(shí)給予足夠的注意。


    (2)激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法


    激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相反應(yīng)法是利用激光來引發(fā)、活化反應(yīng)物系,從而合成高品位納米材料的一種方法。其基本原理是:利用大功率激光器的激光束照射于反應(yīng)氣體,反應(yīng)氣體通過對(duì)激光光子的強(qiáng)吸收,氣體分子或原子在瞬間得到加熱、活化,在極短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)氣體分子或原子獲得化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度,迅速完成反應(yīng)、成核與凝聚、生長(zhǎng)等過程,從而制得相應(yīng)物質(zhì)的納米微粒。因此,簡(jiǎn)單的說,激光法就是利用激光光子能量加熱反應(yīng)體系,從而制得納米微粒的一種方法。通常,入射激光束垂直于反應(yīng)氣流,反應(yīng)氣體分子或原子吸收激光光子后被迅速加熱,根據(jù)J S Haggerty的估算,激光加熱的速率為106-108°C/s,加熱到反應(yīng)最高溫度的時(shí)間小于10-4s。被加熱的反應(yīng)氣流將在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定分布的火焰,火焰中心的溫度一般遠(yuǎn)高于相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)所需溫度,因此反應(yīng)將在10-3s內(nèi)完成。生成的核粒子在載氣流的吹送下迅速脫離反應(yīng)區(qū),經(jīng)短暫生長(zhǎng)過程到達(dá)收集室。


    入射激光能否引發(fā)化學(xué)反應(yīng)取決于入射光的頻率--氣體分子對(duì)光能的吸收系數(shù)一般與入射光頻率有關(guān)。為保證制備過程中反應(yīng)生成的核粒子快速冷凝,獲得超細(xì)微粒,需要冷壁式反應(yīng)室。常用水冷式反應(yīng)器壁和透明輻射式反應(yīng)器壁。這樣有利于在反應(yīng)室中構(gòu)成較大溫度梯度分布,加速生成核粒子冷凝,抑制其過分生長(zhǎng)。此外,為防止顆粒碰撞、粘連團(tuán)聚,甚至燒結(jié),還需要在反應(yīng)器內(nèi)配惰性保護(hù)氣體,使生成的納米微粒的粒徑得到保證。另外,通過對(duì)加入反應(yīng)氣體成分的控制,可以制得復(fù)合納米材料。


    激光法與普通加熱法制備納米微粒有極大不同,這主要表現(xiàn)為:


    (a)冷的反應(yīng)器壁,無潛在污染。


    (b)原料氣體分子直接或間接吸收光子能量后迅速進(jìn)行反應(yīng)。


    (c)反應(yīng)具有選擇性。


    (d)反應(yīng)區(qū)條件可以被精確的控制。


    (e)激光能量高度集中,反應(yīng)區(qū)與周圍環(huán)境之間溫度梯度大,有利于生成核粒子快速凝結(jié)。


    由于激光法具有上述的技術(shù)優(yōu)勢(shì),因此,采用此法可以制得均勻、高純、超細(xì)、粒度窄分布的各類微粒。盡管存在成本較高的問題,但這種方法也已經(jīng)開始走向工業(yè)化,畢竟,激光法是一種制備納米微粒的理想方法。


    納米復(fù)合隱身材料的復(fù)合新技術(shù)


    隱身材料按其吸波機(jī)制可分為電損耗型與磁損耗型。電損耗型隱身材料包括SiC粉末、SiC纖維、金屬短纖維、鈦酸鋇陶瓷體、導(dǎo)電高聚物以及導(dǎo)電石墨粉等;磁損耗型隱身材料包括鐵氧體粉、羥基鐵粉、超細(xì)金屬粉或納米相材料等。運(yùn)用復(fù)合技術(shù)對(duì)這些材料進(jìn)行納米尺度上的復(fù)合便可得到吸波性能大為提高的納米復(fù)合隱身材料。近年來,納米復(fù)合隱身材料的制備新技術(shù)發(fā)展的很迅速,這些新的復(fù)合技術(shù)主要包括一下幾種:


    (a)以在材料合成過程中于基體中產(chǎn)生彌散相且與母體有良好相容性、無重復(fù)污染為特點(diǎn)的原位復(fù)合技術(shù)。


    (b)以自放熱、自潔凈和高活性、亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)物為特點(diǎn)的自蔓延復(fù)合技術(shù)。


    (c)以組分、結(jié)構(gòu)及性能漸變?yōu)樘攸c(diǎn)的梯度復(fù)合技術(shù)


    (d)以攜帶電荷基體通過交替的靜電引力來形成層狀高密度、納米級(jí)均勻分散材料為特點(diǎn)的分子自組裝技術(shù)。


    (e)依靠分子識(shí)別現(xiàn)象進(jìn)行有序堆積而形成超分子結(jié)構(gòu)的超分子復(fù)合技術(shù)。


    材料的性能與組織結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。與其他類型的材料相比,復(fù)合材料的物相之間有更加明顯并成規(guī)律化的幾何排列與空間結(jié)構(gòu)屬性,因此復(fù)合材料具有更加廣泛的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性。納米隱身符合材料因綜合了納米材料與復(fù)合材料兩者的優(yōu)點(diǎn)而具有良好的對(duì)電磁波的吸收特性,已經(jīng)成為目前各主要國家材料科技界人士爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)之一。


    其它隱身材料


    電路模擬隱身材料


    該技術(shù)是在合適的基底材料上涂敷導(dǎo)電的薄窄條網(wǎng)絡(luò)、十字形或更復(fù)雜的幾何圖形, 或在復(fù)合材料內(nèi)部埋入導(dǎo)電高分子材料形成電阻網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)阻抗匹配及損耗, 從而實(shí)現(xiàn)高效電磁波吸收。這種材料能在給定的體積范圍內(nèi)產(chǎn)生高于較簡(jiǎn)單類型吸波材料的性能。但對(duì)每一種應(yīng)用, 都必須運(yùn)用等效電路或二維周期介質(zhì)論在計(jì)算機(jī)上進(jìn) 行 特定的匹配設(shè)計(jì), 而且涉及計(jì)算比較麻煩。


    手征隱身材料


    所謂的手征是指一個(gè)物體不論是通過平移或旋轉(zhuǎn)都不能與其鏡像重合的性質(zhì)。研究表明, 手征材料能夠減少入射電磁波的反射并能夠吸收電磁波。目前, 用于微波波段的手征材料都是人造的。現(xiàn)在研究的手征吸波材料是在基體中摻雜手征結(jié)構(gòu)物質(zhì)形成的手征復(fù)合材料。


    紅外隱身柔性材料


    這種材料是指以織物為中心開發(fā)的各種紅外隱身材料, 常常以高性能纖維織物為基礎(chǔ)。


    紅外隱身服


    美國特立屈公司( TeledyncIndustr ies Inc) 設(shè)計(jì)出一種紅外隱身效果較好的隱身服,它由多層涂層織物復(fù)合加工而成。基布采用多孔尼龍網(wǎng),并在表面鍍銀,再在基布上粘貼具有不同紅外發(fā)射率的布條,布條的一端可以自由飄動(dòng),同時(shí)控制布條表面涂層面積的大小和形狀。這種隱身服可以與背景保持一致,從而保證人體的紅外特性難于被紅外探測(cè)器探測(cè)到。


    研究前景展望


    對(duì)隱身材料來說,對(duì)某種探測(cè)手段的隱身性能好,往往對(duì)另一種探測(cè)手段的隱身性能就不好。例如,對(duì)激光探測(cè)的隱身性能好,一般對(duì)紅外探測(cè)就不能隱身,這就是隱身材料的相容性問題。為解決這一問題,需要研制兼容型隱身材料,如雷達(dá)波、紅外兼容隱身材料,紅外、激光兼容隱身材料,雷達(dá)波、紅外、激光等多種兼容的隱身材料等。

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