新型隐身材料
隐身材料的研究进展及存在问题
隐身斗篷的研究进展及存在问题 摘要：隐身斗篷，由硅纳米材料制造而成，利用该特殊材料折射或吸收大部分光线，从而达到隐形的目的。
本文主要总结归纳现如今应用于隐身斗篷的各种主要材料，详细论述了基于超材料特殊电磁特性的隐身技术，简单介绍部分材料应用原理。
关键词：影身斗篷，超材料，限元分析软件，均匀介质1. 隐身斗篷的应用前景 隐形斗篷我其实是在电影Harry Potter 中第一次知道，它常被哈利拿来干一些从霍格华兹魔法学校里偷跑出来如此的事情。
现实中科学家们也一直在研究它。
在不远的将来，隐身斗篷将会真的存在于现实世界中了。
而且隐身斗篷的应用前景非常广。
隐身技术在外科手术，军事航空等多个领域中获得广泛的应用。
例如， “地震斗篷”——能够让冲击波、暴风浪或者海啸在所遮蔽的物体面前变成“瞎子”，进而达到保护建筑物的目的。
同时为提高战场生存能力, 隐身技术越来越多地应用于军用装备上。
随着军用探测技术的不断进步, 对军用装备隐身性能的要求不断提高, 传统的隐身技术已经不能满足要求。
2. 隐身材料及其隐身原理2.1 超材料众所周知,介电常数和磁导率是用于描述物质电磁特性的基本物理量,决定着电磁波在物质中的传播特性。
迄今为止,自然界中天然物质的介电常数和磁导率均大于或等于1。
2000年,Smith 等人利用金属铜的开环共振器和导线组成2 维周期性结构,首次在实验室制造出微波频段具有负介电常数和负磁导率的介质材料,引起科学界的轰动。
随后,双负材料、单负材料、手性材料、理想磁导体和理想电导体等材料成为科学研究的热点，并将这些材料统称为超材料(metamaterials)。
由于超材料具有一系列特殊的电磁特性,因而具有广阔的应用前景。
2.1.1超材料椭圆柱电磁斗篷文献[1]利用有限元分析软件Comsol Multiphysics 分析了超材料介电常数偏差、磁导率偏差和损耗对电磁斗篷场分布的影响,并讨论了在电磁斗篷内放置不同电磁特性的物体后斗篷外电场分布的变化。
基于超构材料的红外和雷达兼容隐身材料研究进展
运用各种侦察探测手段，实现战场透明化是现代信息化战争的一个基本特点。
红外探测和雷达探测被广泛应用于战场，这促使红外和雷达兼容隐身技术成为了对抗探测的研究重点。
相较于传统红外和雷达兼容隐身材料，基于超构材料的新型红外和雷达兼容隐身材料表现出更加优异的性能。
1红外和雷达兼容隐身原理与途径红外隐身，顾名思义就是降低目标被红外探测器（红外探测系统）发现的概率，达到隐身的目的。
红外探测器通过对物体发射的红外线进行感光成像，进而可以发现与背景存在较大红外辐射差异的位置。
一般而言，武器装备以及作战人员相较于环境背景均具有较强的红外辐射。
控制目标红外辐射实现红外隐身的两个途径：一是控制目标表面的红外发射率；二是控制目标的表面温度。
通常为了实现军事目标的红外隐身，需要尽可能降低其表面温度和所用材料的红外发射率。
雷达通过主动发射并接收目标被动反射的电磁波实现对目标的探测。
雷达隐身的目的就是降低目标被雷达探测设备发现的概率。
雷达散射截面（RCS）就是反映目标在受到电磁波照射后，向雷达接收方向散射电磁波能力的量。
通过降低目标的RCS可以减小目标被探测的距离，进而降低目标被发现的概率。
降低武器装备RCS 的主要途径有：一是通过外形设计等方法来改变散射波的方向；二是通过雷达吸波材料吸收入射的电磁波。
红外和雷达兼容隐身材料要能够在红外和雷达两个频段同时具有隐身能力，然而不同频段对隐身材料的电磁特性一般具有不同的要求，甚至在某些方面是相互限制的。
红外隐身一般要求材料具有低发射率，根据基尔霍夫定律也就是低吸收率；而雷达隐身为了更好地吸收入射电磁波，则一般要求材料具有高吸收率，这就导致红外隐身和雷达隐身在隐身材料吸收率上存在机理上的矛盾，这也正是红外隐身和雷达隐身兼容的科学难点所在。
因此，红外和雷达兼容隐身材料的研究重点是在借助上述能够实现红外隐身和雷达隐身的途径的基础上，尽可能降低两者在隐身性能上的相互影响。
目前常见的红外和雷达兼容的隐身材料实现的途径可概括为以下两种：第一，通过研制单一型材料，使其能够同时实现红外低辐射和雷达高吸收，实现红外和雷达兼容隐身。
电磁隐身超材料
该吸波材料的厚度可以仅有 1/35 的工作
波长，在 GHz 窄频段内能实现接近 100%的 吸收率。
Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, et al. Perfect metamaterial absorber[J]. Physical Review Letters, 2008, 100(20):207402.
(m2 ) (dBsm) 10lg 2 1(m )
RCS缩减10dB意味着减少了90%的散射功率，返回的只剩1/10，极大地降低了目 标被探测到的可能性。
Part Two
心得体会
✿整理雷达方程可得雷 达最大作用距离为
R max
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1.4 新型人工电磁表面的优势 (Metasurface)
新型人工电磁材料是通过控制材料的介电常数与磁导率来实现奇异的物理特 性，而根据广义的反射和折射定律，新型人工电磁表面能够通过谐振单元引入相 位突变，控制表面不同位置的折射或反射相位来实现空间电磁波的调控，因而设 计更加方便灵活。广义反射和折射定律的理论一经提出，迅速引起了世界范围内 的关注。 新型人工电磁表面凭借着独特的物理性质，在操纵电磁波的幅度、相位、极 化、波态、方向等方面展示出自由灵活的优越性，为新型人工电磁材料的发展注 入了新的活力，在新型电磁隐身、微波和太赫兹器件、光电子器件等诸多领域具 有广阔的发展前景。
Part Two
2.3.3 地幔斗篷(Mantle cloaks）
地幔斗篷的概念由 Andrea Alu 在 2009 年首次提出。该方法使用超薄共形的新型人 工电磁表面覆盖隐身目标，通过调整表面单 元的形状和尺寸，合成有效的平均表面阻抗, 来调节新型人工电磁表面上的表面电流。斗 篷上产生反相的散射场与隐身目标的散射场 产生相消干涉，因此减少了整个系统的可见 性。 对于不同的隐身目标，都需要特殊设计 外部的隐身罩，一定程度限制了其在隐身中 的实际应用。
高温红外隐身材料研究进展
高温红外隐身材料研究进展目录1. 内容简述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 研究目标与内容 (5)2. 高温红外隐身材料概述 (6)2.1 红外隐身技术简介 (7)2.2 高温红外隐身材料分类 (8)3. 高温红外隐身材料的发展历程 (9)3.1 传统红外隐身技术的局限性 (10)3.2 高温红外隐身材料概念的提出 (12)3.3 研究范式的变迁 (13)4. 高温红外隐身材料的基本原理 (14)4.1 热传导机制 (15)4.2 辐射热交换机制 (17)4.3 材料性态对热辐射的影响 (18)5. 高温红外隐身材料的关键材料特性 (20)5.1 低热导率材料 (21)5.2 多孔材料 (22)5.3 非晶态物质材料 (23)5.4 表面与界面效应材料 (24)6. 高性能高温红外隐身材料的研发 (25)6.1 纳米材料的应用 (26)6.2 复合材料与结构设计 (28)6.3 新型材料的研究进展 (29)7. 高温红外隐身材料的应用前景与挑战 (31)7.1 军事应用 (32)7.2 民用领域 (34)7.3 面临的挑战与突破方向 (35)8. 国内外研究现状与动态 (36)8.1 国际研究进展 (38)8.2 中国研究现状与展望 (39)9. 高温红外隐身材料的未来发展方向 (40)9.1 材料性能的提升 (42)9.2 结构设计的优化 (43)9.3 环境适应性研究 (44)1. 内容简述高温红外隐身材料的研究近年来取得了显著的进展，这主要归功于对材料性能要求的不断提高以及新型材料技术的快速发展。
这类材料旨在实现物体在高温条件下的有效隐身，对于军事侦察、航天器防护等应用领域具有重要意义。
材料选择与设计：研究者们不断探索新型材料，如纳米复合材料、复合材料和智能材料等，以实现更高的热辐射屏蔽效果和更低的红外发射率。
结构优化：通过优化材料的微观结构和宏观形状，降低材料表面的温度，从而减少红外辐射的泄露。
隐身材料
他们的研究成果便是“地震斗篷”——能够让冲击波、暴风浪或者海啸在所遮蔽的物体面前变成“瞎子”，进而达到保护建筑物的目的。
为提高战场生存能力, 隐身技术越来越多地应用于军用装备上。
随着军用探测技术的不断进步, 对军用装备隐身性能的要求不断提高, 传统的隐身技术已经不能满足要求。
隐形斗篷的方法1. ,实现隐形要创造出一种人工原子——"Meta-atoms"(中继原子)，它小于可见光的波长(可见光的波长范围在0.77~0.39微米之间)。
他在"科学"杂志中发表的研究报告中曾写道,将很多“微型”的针头插在圆形的物体上，形状类似一个圆形的牙刷,这些微型的针头能减少折射或者将光线的扭曲降到零，物体这个时候就是隐形状态了。
该材料通过光线反弹干扰方式，可用于隐藏物体表面上的突起，视觉效果上可使隐形斗篷和覆盖物体都消失。
这种隐形斗篷可使物体在红外线下消失，但这种方法证实了未来更先进的材料可使物体在可见波段范围内隐形。
这种隐形衣的材料就是一种微型金属针，能够改变物质折射率。
长短不一的金属针以不同角度安装在斗篷表面，使斗篷看上去像个呈圆锥体的发梳。
这些金属针可以把斗篷里面的反射率从0增至1，与斗篷外面的反射率基本持平。
光线因此无法在斗篷表面发生反射，只能绕过斗篷。
如此一来，斗篷覆盖下的任何物体都能轻而易举地躲避人们的视线。
2.利用从蚕丝中提取出的物质并在其表面上涂抹了一层黄金涂层后得到的新型材料，制造出了一件穿着之后能使人隐形的斗篷。
而他们用蚕丝丝绸制造的隐形斗篷完全解决了玻璃纤维斗篷出现的问题。
研究小组把蚕丝在开水中煮沸净化后，就得到了制作的主要材料——蚕丝蛋白。
接着研究人员将蚕丝蛋白制作成1厘米见方的小片，并在其上涂抹上一层黄金质地的“谐振器”——有约1万个黄金钢印出的小方片组成。
如此，通过蚕丝的细密结构及其上黄金谐振器涂层，其将能够折射扭曲所有波段的光线，达到完全隐形的效果，并且穿着起来也相当舒适。
隐身材料(中文版)资料课件
03
隐身材料的发展历程
隐身材料的历史背景
早期的隐身材料
最早的隐身材料可以追溯到二战时期 ，当时德国和英国等国家开始研究雷 达吸波材料，用于减少飞机和舰艇被 雷达探测到的可能性。
05
隐身材料的市场前景
隐身材料的市场需求
军事应用
隐身材料在军事领域具有广泛的应用 ，如隐形战斗机、雷达干扰设备等， 随着军事技术的不断发展，对隐身材 料的需求也在不断增加。
民用领域
除了军事应用外，隐身材料在民用领 域也有广阔的应用前景，如航空航天 、电子通信、生物医疗等，随着科技 的进步，这些领域对隐身材料的需求 也在逐渐增长。
隐身材料的应用领域
军事领域
隐身材料广泛应用于军事领域， 如战斗机、轰炸机、导弹、卫星 等武器装备和战略目标的隐身涂 层，以提高生存率和突防能力。
民用领域
随着科技的发展，隐身材料也逐 渐应用于民用领域，如建筑、汽 车、电子设备等领域的电磁屏蔽 和防护涂层。
02
隐身材料的原理
隐身材料的工作原理
隐身材料的工作原理主要是通过特定 的材料结构和特性，吸收、散射或干 涉电磁波，使其在特定方向上难以被 探测和识别。
用。
需要注意的是，化学合成法可能 会产生环境污染和废料处理等问 题，因此需要采取相应的环保措
施。
物理制备法
物理制备法是通过物理手段，如磁场、电场、等离子体等，将原材料转化为隐身材 料的方法。
该方法具有制备条件温和、对环境友好、产品纯度高等优点，因此在一些特殊需求 的隐身材料制备中具有一定的优势。
几种新型的红外／雷达复合隐身材料
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被 发 现 的 概 率 ， 用 隐身 材 料 是 行 之 有 效 的 方 法 之 一 。简 述 了红 外 、 达 隐 身 的 原 理 ， 着 重 论 述 了高 分 子 电 致 变 采 雷 并 色 材 料 、 杂 氧 化 物 半导 体材 料 和 纳 米 材 料 这 三 大 类 可 用 于 红 外 和 雷 达 复 合 隐身 的材 料 。 掺
雷 达 隐身是 通 过 减弱 、 制 、 抑 吸收 、 转 目标 的 偏
维普资讯
２０ ０ ７年 ８月
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨＩ ＯＡＲＤ ＥＣＴＲＯＮＩ ＣＯＵＮＴＥＲＭ ＥＡＳ ＰＢ ＥＬ Ｃ ＵＲＥ
Ａ ｕ ２ ０７ ｇ． ０
Ｖ０ ． Ｏ Ｎｏ ４ １３ ．
第３ ０卷第 ４ 期
几 种 新 型 的红 外／ 雷达 复合 隐身 材 料
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｒ ｄ ａ ａ ａｒａ ｅｔ ｍｐｏ ｔ ｎ ｅ ｏ ｓｒ ｃ ： ｎｆａ ｅ ｎｄ ｒ ｄ ｒ ｗｏ ｉ ｒ ａ ｔｒ ｃ ｎｎａｓ ａ ｅａ ｉ ｎｃ ｔ ｏ ｎ ｍｏ ｒ ａｔ ｉ ｓ ｎｃ ｎｄ ｇｕ ｄａ ｅ ｍｅ ｈ ｄｓｉ ｄｅ ｎ ｂ — ｔｅ ｆｅ ｄ． ｒ ｏ ｒ ｓ ｖ ｖ ｎｇ ｉ ｈｅ ｂ ｔ ｌ ｉ ｌ ａ ｌｋｉ ｄｓｏｆｍｅ ｈ ｓ ａ ｅａ ｐｔ ｄ ｔ ｃ ｅ ｓ ｈｅｐｒ ｂ— ｉ ｉ ｌ Ｆｏ ｕ ｕｒ ｉ ｉ ｎ ｔ ａ ｔｅ ｆｅｄ， ｌ ｎ ｔ ｏｄ ｒ ｄｏ ｅ Ｏ ｄｅ ｒ ａ ｅｔ ｏ ａ ｉｉｙ ｏｆｂ ｉ ｇ ｆ ｕｎ ｉ ｉ ｈ ｔ ｔ ａｌｈ ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｓ ｏ ｆｅ ｆ ｃ ｉ ｔ ｄｓ ｂ ｌｔ ｅ ｎ ｏ ｄ，ｎ ｗｈ ｃ ｈｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｒａ ｓ ｉ ｎｅ ｏ ｆｅ ｔｖｅ ｍｅ ｈｏ ．Ｔｈｉ ｐ ｒａ ｌ — ｓｐａ ｅ ｎａ ｙ ｚ ｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｏｆｉ ｆ ａ ｅ ｔ ａ ｔ ｎｄ ｒ ｄａ ｔ ａ ｔ ａ ｓ ｕ ｓ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒａ ｅ ｈｅ ｐｒｎ ｉ ｌ ｎ ｒ ｒ ｄ ｓ ｅ ｌｈ ａ ａ ｒ ｓ ｅ ｌｈ， ｎｄ ｄｉｃ ｓ ｅ ｈｒ ｅ ｋｉ ｄｓ ｏｆｍａ ｅ ｉｌｗｈｉｈ ｃ ｃ ｎ ｂｅ ｕ ｅ ｎ ｉ ｒ ｒ ｄ ａ ａ ａ ｏｍｐｏ ｉｅ ｓ ｅ ｌｈ， ｈｅ ｒ ｌ ｃ ｒ ｈ ｏ ｃ ｄ ｓ ｏ ｏ ａ ｉ ｎ ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ａ ｓ ｄ ｉ ｎｆ ａ ｅ ｎｄ ｒ ｄ ｒ ｃ ｓｔ ｔ ａ ｔ ｔ ｙ ａ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏｃ ｒ ｍｉ ｉｃ ｌ ｒ ｔｏ ｔ ｒａ ｏｆｃ ｎｄｕ ｔｖ ｉ ｌ ｃ ｌ ｒ ｏ ｄ ｏ ｄ ｉ ｎ ｓ ｍｉｃ ｏ ｃ ｉ ｅ ｈ ｇｈ ｍｏ ｅ ｕ ａ ，ｄ ｐｅ ｘｉａｔｏ ｅ — ｏｎｄ ｔ ｒａ ｎｏ ｅ ｅ ｕｃ ｏ ｎｄ ｎａ ｍ ｔ ｒｍａｔ ｒａ ． ｅ ｉ１ Ｋｅ ｒ ｓ：ｎｆａ ｅ ｒ ｄ ｒ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｓ ｅ ｌｈ ｍａ ｅ ｉｌ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｒ ｒ ｄ； ａ ａ ； ｏ ｓ ｔ ｔ ａ ｔ ｔ ｒａ
新材料之隐身技术及材料的应用研究_
新材料之隐身技术及材料的应用研究随着时代的发展和科技的进步，新材料技术的研究及生产制造应用受到各国的重视。
首先我们简单介绍下什么是新材料，新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。
新材料技术是按照人的意志，通过物理研究、术是按照人的意志，通过物理研究、 材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。
新材料按材料的属性划分，有金属材料、无机非多属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。
先进复合材料四大类。
按材料的使用性能性能分，按材料的使用性能性能分，按材料的使用性能性能分，有结构材料和功能材料。
有结构材料和功能材料。
有结构材料和功能材料。
结构结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高 硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求；抗辐照等性能要求；功能材料主要是利用材料具有的电、功能材料主要是利用材料具有的电、功能材料主要是利用材料具有的电、磁、磁、声、光热等效应，声、光热等效应， 以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等 。
新材料在国防建设上作用重大。
例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使 计算机运算速度从每秒几十万次提高到现在的每秒百亿次以上；航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力℃，推力 可增大24%；隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现，等等。
新材料技术被称为“发明之母”和“产业粮食”。
我们今天详细讨论下隐身材料技术的诞生，至今的研究成果和未来的发展方向。
至今的研究成果和未来的发展方向。
摘要：隐身材料；它既非自然界中的材料，也并非来自哈利·波特的魔法学校。
英美研究人员发明的材料，英美研究人员发明的材料，是用来控制光线及物体周围其他的电磁射线，是用来控制光线及物体周围其他的电磁射线，是用来控制光线及物体周围其他的电磁射线，让这些让这些光线和射线给人“隐身”的感觉，就像是隐藏在太空的黑洞里一样。
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新型雷达隐身材料
（3）导电高分子聚合物材料。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。吸波性能较好，耐高温， 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。
新型雷达隐身材料
（5）盐类吸收剂。视黄基席夫碱盐聚合物，这类高 极化盐类材料结构中的双联离子位移具有吸波功能， 其具有强极化特性，雷达波被这种盐吸收时，能量将 转变为热能而耗散掉，某种特定类型的盐可以吸收特 定波长的雷达波。 （6）多晶铁纤维吸收剂。是一种低密度的磁性吸波 材料，可在很宽的频段内实现高吸收率的效果，且质 量减轻40%到60%，克服了大多数磁性吸波材料存在 的密度过大的问题。这种纤维通过磁损耗和涡流损耗 的双重作用来实现对电磁波的吸收。
新型隐身材料
什么是隐身材料
隐身材料是实现武器隐身的物质基础。武器装 备如飞机、舰船、导弹等 使用隐身材料后， 可大大减小自身的信号特征，提高生存能力。 按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光 隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和 隐身结构材料。
新型雷达隐身材料
目前，最受重视且发展较快的隐身技术是雷达 隐身技术。雷达隐身材料通过减弱、吸收、抑 制、散射目标的雷达回波强度，降低目标的有 效探测概率，从而达到隐身的目的。是迄今为 止应用最为广泛的一种隐身技术。
新型雷达隐身材料
按照材料损耗机理，可分为电介质型和磁介质 型；按吸收原理可分为吸收型和干涉型；按吸 波材料成型工艺和承载能力可分为涂敷型和结 构型。
新型雷达隐身材料
（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。
新型雷达隐身材料
（7）等离子体吸波材料。利用放射性同位素 发射的α粒子，将周围空气电离，形成等离子 体，可以吸收电磁波的能量。
前沿展望
纳米隐身材料：目前，隐身技术与隐身材料的研究正在朝着
“薄、轻、宽、强”方向发展，纳米技术作为当今科学的前沿技 术，用于隐身技术与隐身材料的研究中之后，可以制得性能优良 的吸波材料，很有发展前途。纳米隐身材料的研究正在成为研制 新型吸波材料的热点。 美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波吸收率可达99%。 法国也研制出一种由粘结剂和纳米级合金粉及碳化硅填料制成的 薄膜吸波复合材 料，在50MHz~50GHz内具有很好的吸波性能。 近几年我国在纳米吸波复合材料方面亦取得了可喜的进展，相继 研制出纳米合金粉，纳米薄膜复合吸收剂等。不同方位到达的电
磁波特性或光波特性，并作出最佳响应，以达到隐身 的目的。从结构上看，智能材料实际上是器件和线路 的集成。 美海军正在研究利用智能隐身材料制造能抑制发电机 噪声外传的智能结构发电机罩；美空军提出直升机旋 翼采用智能隐身材料的方案，隐身能力可提高20倍。