隐身材料进展综述

隐身材料进展综述在现代社会中，科技的进步以及工业的迅猛发展为人们的生活带来了翻天覆地的变化，环境污染问题也日趋严重，时至今日，环境污染已经变得多样化，不仅包括可见的污染，如空气污染和河流污染；电子电信设备大规模的使用在给人们提供极大便利与享受的同时，也带来了无形的电磁污染，威胁、危害着人们的生命健康，极大地影响了生活质量，制约着社会的发展。

另一方面，随着现代各种光电磁探测技术的迅猛发展，传统的作战武器所受到的威胁越来越严重。

隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为海、陆、空立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视。

因此，开发高效电磁屏蔽材料来解决电磁辐射以及隐身问题已迫在眉睫。

微波吸收材料作为以吸收衰减入射的电磁波为主的一类隐身材料，由于其显著的雷达隐身和对电磁干扰的屏蔽作用，成为一种重要的电磁屏蔽材料与技术而被广泛研究。

随着人们对于电磁波吸收机理研究的不断深入和微波吸收材料合成工艺的不断改进，高效、稳定、性能优异的微波吸收材料必将为人们的生产生活和国防建设提供有力的保障。

隐身技术(又称为目标特征信号控制技术)是通过控制武器系统的信号特征，使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。

按照使用的探测波来分，隐身技术可分为可见光隐身技术、雷达波隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术等。

通常使用的一些隐身技术手段主要有:隐身外形技术、隐身材料技术、无源干扰技术、有源隐身技术等。

其中，材料技术作为具有长期有效性而行之有效的隐身手段显得尤为重要。

1雷达隐身材料雷达很早就成为军事上普遍使用的探测手段，因此它的隐身一直以来就受到广泛的关注，而且相关专家对它的研究也从未停止。

雷达探测主要是向一定空间方向发射高频雷达波，当该波碰到目标物时就会反射一部分波回去，通过接收反射的雷达波信号就能探测到目标物的方位。

如果能使反射回波的能量降低到一定程度，以至于接收到的信号弱得无法被雷达接收器所识别，那么目标物就达到了雷达隐身的目的。

表征目标雷达隐身效果的指标很多，而最常用的就是雷达波反射率。

假设从雷达发射器发射出来的雷达电磁波的功率为Pi，经过目标后反射回来的电磁波功率为Pr，那么功率反射率就为Rp=Pr/Pi，很明显雷达隐身要求此反射率要小。

为了便于比较，通常用以分贝(dB)为单位的反射率R来表示，其中R=10lgRp。

这样，由于功率反射率都小于1，所以R为负值。

因此，对于一定的目标物，希望其R值越小越好。

如果采用雷达隐身材料，那么这种材料要能吸收或者透过雷达波，尽量减少用于探测的反射波。

对于一般的目标物，通常很难透过大量雷达波，所以雷达隐身所用的材料以吸波材料为主。

按材料成型工艺和承载能力，雷达吸波材料可分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料两种。

由于涂敷型吸波材料只是在目标表面涂覆了一层或多层吸波材料，因此对它的承载性没有特殊要求。

这种材料使用起来方便快捷，在军用飞机、坦克、军舰上都有很广泛的应用。

按照吸波材料的吸收机理可以分为干涉型和吸收型。

干涉型是利用吸波层表面反射波和底层反射波的振幅相等而相位相反进行干涉抵消，但是它的缺点是吸收频带很窄。

吸波材料的另一大类是结构型吸波材料，它是一种多功能复合材料，具有承载和雷达隐身的双重功能，是非常有发展前途的吸波材料。

由于需要承载，因此对这种材料的要求非常高。

按照结构形式其可分为混杂纤维增强复合材料、多层吸波复合材料以及夹芯结构复合材料。

它主要是由承载的基体材料和吸波剂复合而成。

基体材料主要是高分子类的一些材料，而吸波剂可以是由上述的无机、有机吸波剂或者是它们的混合物组成。

总之，尽管某些吸波材料在一些方面具有优势，但还没有同时满足各种要求的雷达吸波材料。

无论是涂敷型还是结构型雷达吸波材料，是向着吸收能力高、吸收频带宽、力学性能和耐候性好、厚度薄而质量轻的方向发展。

2红外隐身材料红外探测是仅次于雷达探测用得较多的探测手段之一。

它通常是以被动式进行，利用目标发出的红外线来发现、识别和跟踪目标。

由于空气中的水分和二氧化碳会不同程度地吸收红外线，因此能透过大气的红外波长范围是有限的，通常把相对大气透明的红外波长范围称为大气窗口，共有3个大气窗口:窗口Ⅰ(0.79～2.60μm)、窗口Ⅱ(3～5μm)、窗口Ⅲ(8～14μm)。

其中窗口Ⅰ属于近红外波段，它的特点与可见光相似，但穿透力比可见光强。

一般近红外隐身都与可见光隐身一起考虑，它要求目标与背景的反射率差要小，只要差别小到一定程度就可以达到近红外隐身，目前近红外隐身材料一般都为涂敷型，且以涂料居多。

Kumar 等曾对印度西部拉贾斯坦邦地区的植物叶子在400～900nm可见和近红外光谱波段的反射作过调查，目的就是为了指导设计涂料的颜色用于军事目标在该波段的隐身。

Sliwinski等研制出了可以调节近红外波段反射曲线进而与背景反射曲线一致的彩色颜料，可用于制备近红外隐身涂料。

近红外隐身一般通过与可见光类似的伪装都能达到很好的效果。

因此，通常红外隐身更多考虑的还是中远红外波段，即窗口Ⅱ和窗口Ⅲ，该波段红外又称为热红外。

使用该波段的红外探测系统通常是依靠目标自身和背景的辐射差别来发现和识别目标。

而根据波尔兹曼定律:E=4εσT4，其中σ为玻尔兹曼常数，E为目标自身的辐射能量，它主要与发射率ε和温度T有关。

通常背景的温度较低，辐射能量较小。

因此要使目标与背景的辐射差减小，就得降低标的辐射能量。

热红外隐身材料主要是根据这样的基本原理，通过降低目标的发射率或温度来达到红外隐身目的。

因此，按作用机理红外隐身材料可分为控制比辐射率和控制温度两类。

3激光隐身材料激光作为一种主动探测信号有许多优点。

与普通光源相比，它具有亮度高、方向性好、单色性好、相干性好等优点。

作为雷达使用时，激光常被称为激光雷达，与普通微波雷达相比，它又具有分辨力高、抗干扰能力强、隐蔽性好、体积小、重量轻等优势。

如今，激光探测信号已被广泛运用于激光测距仪、激光雷达、激光制导武器等。

激光隐身过程与雷达隐身过程相类似，主要是降低目标表面的反射系数，减小激光探测器的回波功率，降低激光探测器的性能，使敌方不能或难以进行激光探测，以达到激光隐身的目的。

从微观上看，物质对激光的吸收过程是物质与电磁波的作用过程，在此过程中，光子的能量转化为电子的动能、势能，或分子(原子)的振动能和转动能，因此这对吸收材料的内部结构有一定的要求。

通常，激光隐身材料针对的激光波长为0.69μm、0.93μm、1.06μm、1.54μm或10.6μm，其中最常用的为1.06μm和10.6μm。

好的激光隐身材料应对特定波长的激光具有高的吸收率和低的反射率。

此外，其它的性能如热稳定性、化学稳定性以及力学性能也要满足一定的要求。

从使用方法上激光隐身材料可分为涂料型和结构型两大类，其中涂料型用得最多。

Graham曾研制了由树脂溶液和激光吸收染料组成的激光衰减涂料(LEAP)，可用于激光隐身。

目前，国内的研究也初见成效，王自荣等制成的带颜色涂料在紫外-可见分光光度计1.06μm处反射已经能衰减到0.2%。

涂料型激光隐身材料大多含激光吸收染料，一般激光吸收染料的结构特殊使之对于特定波长的激光可能会有特定的强吸收。

激光吸收染料的种类很多，包括菁类染料、钛菁类染料、金属络合物染料、醌型染料、偶氮染料、游离基型染料、芳甲烷型染料、苝类染料以及其它的一些激光吸收染料。

另外，纳米材料也可用于制备激光隐身材料的吸收剂，国内已有这方面的研究，王春秀等制备的纳米晶La2O3和纳米CeO2已经表现纳米材料作为激光吸收剂的潜力；朱长纯对不同基底上定向生长的碳纳米管薄膜的电磁波特性进行了研究，结果表明，碳纳米管对红外激光的吸收能力很强，最高吸收系数能达到98%。

作为激光隐身材料，为了减少激光反射回波，除了用一些激光吸收材料外，工程上还可采用透射材料、导光材料、光致变色材料、变偏振材料等。

4多波段复合兼容隐身材料由于当前多模复合制导技术的不断发展以及探测手段的日益多样性，战场武器装备可能同时面临雷达、红外、激光以及可见光等探测手段的威胁，因此多波段复合隐身材料的发展很早就受到了专家以及相关研究者的关注和重视。

下面针对当前最常用的探测手段，即雷达、红外以及激光的复合隐身材料作简单概述。

高效率的雷达隐身材料以提高电磁波的吸收率为前提，往往同时也提高了材料的发射率，材料红外发射率的降低与雷达吸波能力的提高存在着矛盾[63]。

尽管如此，由于红外和雷达的波长相差很大，红外波是微米级的，雷达是厘米或毫米级的，因此从理论上来说，研究和开发红外/雷达兼容隐身的材料是可能的。

金属材料是红外隐身材料中应用较多的一类材料，它具有低的红外发射率，但由于高的反射率不利于雷达隐身。

通过复合有可能解决这一问题，因为有研究发现，一些金属氧化物、半导体材料等与片状铝粉混合使用时，红外反射、辐射及与雷达波的兼容性能较好。

此外，导电聚合物作为一种新型材料，也有特殊的性质。

对导电高聚物电导率的研究表明，具有半导体性质的导电高聚物在3cm附近波段有很好的微波吸收特性，比如中性聚苯胺膜等导电高聚物在8～20μm范围内的红外发射率可小于0.4。

由于导电高聚物具有电磁和光学参量可调节、密度小、易于复合和成型等优点，因此这类材料作为雷达/红外兼容的隐身材料也很有前景。

然而，国外最多的是采用多层结构。

如美国专利[65]很早就研制了一种同时具有很好雷达和红外隐身效果的材料，这种材料具有3层结构。

底层为基层，可以使用表面涂有聚乙烯膜或增塑聚氯乙烯的尼龙或聚酯纤维编织材料；中间层是沉积金属层，一般为气相层积而成的纯金属铝；最上面是涂料层，主要是内含氧化铬、氧化铁、二氧化钛等金属氧化物颜料的高分子涂料。

底层能很好地反射和吸收来自目标的热红外辐射，同时中间层的特殊表面电阻设计使其具有与环境相似的雷达反射性质，最上层是对近红外和可见光都具有良好隐身性能的涂料，为了能在热红外波段具有更好的隐身效果，这种材料使用的涂料中含有对中远红外光透明的黏合剂。

随后出现的改进多层结构[66]也具有较好的雷达/红外复合隐身效果。

5 几种新型隐身材料（1）手性材料。

研究表明，具有手性特征的材料，能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。

（2）纳米隐身材料。

近几年来，对纳米材料的研究不断深入，证明纳米材料具有极好的吸波性能，纳米材料现已受到各主要国家的高度重视，并把其作为新一代隐身材料进行探索与研究。

（3）导电高分子聚合物材料。

这种材料最近几年才发展起来，其具有结构多样化、密度小和独特的物理、化学特性，已经引起科学界的广泛重视。

（4）陶瓷类吸收剂。

陶瓷类吸收剂的密度比铁氧体低，吸波性能较好，耐高温，而且还可以有效抑制红外辐射信号，这类吸收剂主要有SiC 粉末、SiC 纤维以及硼硅酸铝等。