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隐形材料
1简介
雷达吸波材料简称为吸波材料，吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其它形式的能量而耗散掉的一类材料。它的工作原理与材料的电磁特性有关。良好的吸波材料必须具备两个条件，一是雷达波射入到吸波材料内，其能量损耗尽可能大：二是吸波材料的阻抗与雷达波的阻抗相匹配，此时满足无反射。实用上常要求吸波材料在一定的频宽范围之内。对电磁波强烈地吸收，理想的情况是全吸收，即反射系数为零。吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料，它的基本物理原理是，材料对入射电磁波进行有效吸收，将电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而消耗掉。该材料应该具备两个特性，即波阻抗匹配性和衰减特性。波阻抗匹配特性即入射电磁波在材料介质表面的反射系数最小，从而尽可能的从表面进人介质内部衰减特性指进入材料内部的电磁波被迅速吸收。损耗大小，可用电损耗因子和磁损耗因子来表征。对于单一组元的吸收体，阻抗匹配和强吸收之间存在矛盾，有必要进行材料多元复合，以便调节电磁参数，使它尽可能在匹配条件下，提高吸收损耗能力。吸波材料按材料的吸波损耗机理可分为电阻型、电介质和磁介质型。吸波材料的性能主要取决于吸波剂的损耗吸收能力，因此吸波剂的研究一直是吸波材料的研究重点。2分类
隐形技术包括二大部分。其一为隐形体外形技术。结构吸波材料；其二为表面涂敷吸波材料，即伪装涂敷材料，2.1结构吸波材料
为了解决飞行器高速，表面温度高，额外增加质量，表面涂层不牢，飞行性能下降等问题，可以把吸波材料做成飞行器的各种结构板材，即加工夹芯结构，用透波性好，机械强度较高，耐高温的复合材料作面板，将夹芯做成蜂窝、波纹或角锥结构，芯层可填充低强度泡沫吸波剂，或将吸波材料喷涂在夹芯壁面上，使雷达波经多次反射，提高吸波效果。目前国外一些隐形飞行器先后都采用了结构吸波材料和表面喷涂吸波材料相结合。美国的F-一117A隐形战斗轰炸机，在发动机周围、主翼前缘、垂直尾冀及前部机身的蒙皮材料都采用对雷达波反射小的硼纤维复合材料和碳纤维复合材料。隐形轰炸机弘-2的机翼蒙皮是一种六角形蜂窝夹芯碳，环氧吸波结构材料。由于巡航导弹射程远。速度慢的缺点。因此，使其具有隐形能力显得十分重要，现在美国隐形“战斧”巡航导弹的雷达散射截面只有0．05m2，肛-52远程轰炸机经过隐形设计后，其散射截面只有海鸥大小。研究制造结构吸波材料开始时间比较早，具有应用性比较好的是美国Emerson公司制造的Eccosob CR产品，它由数片平行排列的电阻片作损耗层，以塑料蜂窝结构作隔离层，外表面有0．8mm厚的面板，具有高强度的刚性板材，质量轻，工作频带宽。带内衰减为20db，其中cR—114和124用于制造SRAM导弹的水平安定面，该公司研制成功的另一种产品为K--RAM结构吸波材料，它是由碳纤维作为反射层与损耗大的芳轮纤维为填料而组成，其特点是高强度，宽频带，可以在2--40GHz频率范围工作。据文献报导国外飞行器上大量采用碳纤维或碳／玻璃纤维混合纤维作为增强村材料的结构吸材料。随着隐形技术发展。结构吸波材料向多层结构吸波材料发履。我国有单位研究成功由增强材料(玻109璃钢
1、基体、吸波剂组成三层结构吸波材料，在厚度7mm，频8---18GHZ范围内衰减大于10db，材料密度小于29／cm3，强度接近纯玻璃钢，是一种比较好的多层结构吸波材料。这理值得注意的结构吸波材料的强度和刚度问题，因为巡航导弹对结构材料的强度和刚度要求很高，因此，应用于巡航导弹上的翼和壳体的结构吸波材料，除了具有优良的吸波性能外，还应具有足够的强度和刚度，只有这样才能胜任总体的技术指标的要求。2.2.隐形涂料
这类材料是人们研究摄多，品种较多，它是由吸波剂与胶粘荆按一定比例均匀地混合，通过一定的工艺方法制成的。
2.2．1胶粘剂
高性能的隐形涂料，除了有高性能的吸波剂外，还需要适合于飞行器在复杂、恶劣环境中工作技术要求的胶粘剂，目前可供作为胶粘剂的有橡胶型和树脂型两大类。橡胶型的有氯丁橡胶，聚异丁烯，丁烷基橡胶，氯磺化聚乙稀及硫化硅橡胶等，该类材料具有弹性高，柔性好，阻尼大，耐振动等优点。树脂型的有聚氨脂，环氧树脂，聚脂，硅树脂及酚醛树脂等。这类树脂具有附着力好，韧性或刚性较好。耐冲刷等。这两类胶粘剂都是通过固化来获得材料物理力学性能。2.2．2吸波剂 国内外对吸波剂研究十分重视，目前应用的主要吸波剂有铁氧体系列，羰基铁，碳化硅纤维，超细金属微粉，有机高分子聚合物，视黄基席夫盐。这些材料各有其特点，但有局限性，因此，人们常利用现有各种材料的优点，研制复合隐形材料。邓龙江用六角晶系铁氧体与超细微金属粉组成双层涂层，获得良好的结果。另一方面进一步研究宽、薄、轻吸波剂是近几年努力方向。
2.2．2．1多晶铁纤维材料
这种吸波剂的特点是比较轻，克股了铁氧体系列吸波剂质量重的缺点，可使其质量减轻了40％。它是由羰基铁纤维制成，密度低，结构具有形状各向异性。
2.2．2．2纳米材料
研究和制备纳米材料作为吸波剂是当今世界热门的研究课题，由于物质微粒尺寸减小到钠米级(10---100nm)，量变引起质的变化，其自身的量子尺寸效应，宏观量子隧道效应。小尺寸和界面效应等对材料性能产生重要的影响，使纳米材料呈现出奇特的力学，电学、磁学、热力学以及化学特性变化，使纳米磁性材料电导率很低，比饱和磁化强度下降，而磁化率和矫顽力却急剧上升。由于金属、金属氧化物粉粒细化，处在颗粒表面的原子数越来越多，增加了活性。在微波场的辐射下，原子、电子运动加剧，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波吸收能力。由于纳米材料具有许多特性，引起从事吸波剂研究的科技人员重视。近几年来，我国研制Ni铁氧体，Li铁氧体等纳米吸波剂取得了一定效果。有些单位用共法或其它方法制取金属氧化物，金属，合金，铁氧体等磁性纳米颗粒材料，获得较理想性能的隐形材料，解决了可见光。
2.2．2．3 智能隐形材料
所谓智能隐形就是利用某些材料对周围环境敏感特性，再加以信号控制系统，使材料具有对环境变化调节自身结构的特性，并对环境作出最佳响应，以实现军事目标隐形的目的。用这种方法隐形受到人们重视，美国曾用一种可见光伪装的材料，即在聚氨脂分子链中嵌入丁二炔链段，这链段具有高的活性，可在合适的条件下聚合成聚丁二炔，形成具有自由电子共轭聚合物，并由此改变整个材料的颜色和光强度，利用材料这特性，在材料系统中装入传感器和控制器，采用SiC光探测器的窄带通滤波器来识别环境的波长和光强度，然后输出信号，经模拟数字转换器输给微处理器进行识别和处理，发出指令改变材料的颜色和光强度，达到军事目标伪装的效果，即背景隐形。另据报道，美国海军还计划利用智能结构材料制造抑制军舰发动机噪声信号外传的智能结构发动机，以达到使对方探测信号设备作用距离缩短。需要克服四大技术难关
提高隐形材料的吸波效果是隐形技术发展的关键技术之一。对隐形材料的性能要求是向宽频带化．薄层化，轻量化的方向发展。以适应未来战争对隐形技术提出更高的要求。为达到完全隐形的效果，通过离被隐形物体最近的光波，必须以超过相对论的“光速极限”的方式偏转。隐形效果只对特殊范围的波长有作用，只能在非常小的频率范围内发挥效果。防护罩可用于覆盖任何形状的物体，但不能飘动。移动的物体会破坏隐形效果。研制出针对雷达的隐形材料还相对容易，其内部结构用毫米计算即可。但要研制出针对视觉的隐形材料，则难度很大，其结构必须是纳米（注：十亿分之一米）级别的。此外，科学家还要考虑使潜艇和军舰等更重更大的物体隐形。4.国内外研究现状及发展趋势
隐身技术与材料的研究始于第二次世界大战期间，起源在德国，发展在美国并扩展到英、法、俄罗斯等先进国家。目前，美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域，许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身；在常规兵器方面，美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作，并陆续用于装备。吸波材料的开发和应用是隐身技术发展的重要精髓，是军用建筑物实现隐身的基石。我国在吸波材料的发展方面与国外相比还有很大差距，还存在面密度高、柔韧性差、附着力低等问题，因此，急需研究各种新的吸收剂，探讨新的吸波机理以满足吸波材料所追求的“轻、薄、强、宽”的目标。近年来，国外在提高与改进传统隐身材料的同时，正致力于多种新材料的探索。晶须材料、纳米材料、陶瓷材料、手性材料、导电高分子材料等逐步应用到雷达波和红外隐身材料，使涂层更加薄型化、轻量化。纳米材料因其具有极好的吸波特性，同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点，发达国家均把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和开发；市场运应用隐身材料主要用于军事，但也有用于人们日常生活的，比如它在建筑上的应用就是接近平常人的。建筑吸波材料延用了军事中吸波材料的概念，但是它们也存在显著的差异。军事上雷达的电磁波要求频率更高，频段更窄。在材料成本方面，军事领域的吸波材料成本较高。要将吸波材料运用于建筑领域，降低材料成本是必须考虑的因素之一。选择经济有效的吸波材料应用于建筑物防辐射，才是推广应用的前提。其中电磁波吸收混凝土的研究起始于高大建筑物对电磁波的影响，如高大建筑物的反射作用引起电视产生重影及其对直接波的遮蔽作用等等。若能开发并使用具有吸波功能的混凝土材料，就可以防止电磁干扰，利于人们的生活和工作。吸波混凝土材料有其自身的优势，如价格低廉、易于施工、坚固耐用等，而且迎合了从传统混凝土材料向功能化和高新技术发展的方向。混凝土吸波材料在工程上的应用前景广阔，它可以广泛应用于建筑物、桥、塔等处时，可以防止雷达伪像；在通信基地，可以用来改善通信质量；用于防电磁污染的环保型建筑领域。以尽量减轻电磁辐射对人们所造成的危害；在机场、航标、码头、电视台和接收站附近的高大建筑物上，可以用来消除反射干扰。另外，可用于军事隐身建筑领域、精密仪器厂、防电磁波干扰的科研部门以及国家保密单位的防信息泄露等部门。5.市场与应用
隐身材料主要用于军事，但也有用于人们日常生活的，比如它在建筑上的应用就是接近平常人的。以下为介绍其在建筑上的应用。建筑吸波材料延用了军事中吸波材料的概念，但是它们也存在显著的差异。军事上雷达的电磁波要求频率更高，频段更窄。在材料成本方面，军事领域的吸波材料成本较高。要将吸波材料运用于建筑领域，降低材料成本是必须考虑的因素之一。选择经济有效的吸波材料应用于建筑物防辐射，才是推广应用的前提。其中电磁波吸收混凝土的研究起始于高大建筑物对电磁波的影响，如高大建筑物的反射作用引起电视产生重影及其对直接波的遮蔽作用等等。若能开发并使用具有吸波功能的混凝土材料，就可以防止电磁干扰，利于人们的生活和工作吸波混凝土材料有其自身的优势，如价格低廉、易于施工、坚固耐用等，而且迎合了从传统混凝土材料向功能化和高新技术发展的方向。混凝土吸波材料在工程上的应用前景广阔，它可以广泛应用于建筑物、桥、塔等处时，可以防止雷达伪像；在通信基地，可以用来改善通信质量；用于防电磁污染的环保型建筑领域。以尽量减轻电磁辐射对人们所造成的危害；在机场、航标、码头、电视台和接收站附近的高大建筑物上，可以用来消除反射干扰。另外，可用于军事隐身建筑领域、精密仪器厂、防电磁波干扰的科研部门以及国家保密单位的防信息泄露等部门。
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