隐身材料的研究进展
史旭明,张 军,许仲梓
(南京工业大学材料科学与工程学院,南京210009)
摘要 根据隐身原理,概述了隐身材料的研究现状和发展概况。重点介绍了雷达隐身材料、红外隐身材料、激光隐身材料,以及多波段复合隐身材料现状及研究进展。肯定了目前隐身材料方面取得的一些进展,指出今后隐身材料的发展会向着质轻、带宽、高效、耐久的方向发展,而且多波段兼容的隐身材料也会是未来隐身材料发展的趋势。
关键词 雷达隐身材料 红外隐身材料 激光隐身材料 兼容隐身材料
Research Review of the Camouflage Materials
SHI Xuming,ZHANG Jun,XU Zhongzi
(Co llege of M aterials Science and Engineering,N anjing U niver sity o f T echnolog y,N anjing210009)
A bstract T he present r esea rch and dev elo pment status of camouflag e materials a re reviewed based o n the camo uf lage principle.T he dev elo pment tendency of camouflage materials is mentio ned he re as well as the introduction of r adar camo uflage ma te rials,infra red camo uflage materials,laser camouflage ma te rials and multispect ral co mpa tible camo uf lage ma te rials.Ba sed on the developme nt o f present camouflag e materials,lig ht,bro adband,high efficient and durable camouflag e materials and multispectral compatible camouflag e materials a re considered to be developed in the future.
Key words rada r camouflag e materials,infr ared camouflage materials,laser camouflag e materials,compati-ble camo uflage materials
0 前言
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。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[1]。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。
可见光隐身材料是研究最早的[2],在早期的战争中已经得到大量应用,目前已发展得相当成熟,因此几乎没有太大的发展空间。其主要的应用是一些伪装材料,比如迷彩服就被做成与周围环境具有相似的色彩和图案,效果很好,如今专门的研究已经很少[3～5]。因此,本文主要针对雷达、红外、激光探测波的隐身材料以及多波段兼容隐身材料作简单的综述。
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P i,经过目标后反射回来的电磁波功率为P r,那么功率反射率就为R p=P r/P i,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=10lg R p[6]。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。
1.1 涂敷型吸波材料
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。尽管如此,日本的O t-suka等[7]利用导电纸设计做成的干涉型吸波材料,在8.2～10.6G Hz的X波段以及14.1～17.2G Hz的Ku波段,反射率都
史旭明:男,1982年生,硕士研究生,主要从事激光隐身材料的研究 张军:通讯联系人 E-mail:zhangjun@https://www.doczj.com/doc/043724254.html,
能低于-20dB。相比而言,吸收型对雷达波具有相对较宽的吸收频带,因此用得最多。无论是吸波涂料还是吸波涂层,一般都是由基体材料、吸波剂以及其它一些助剂组成。其中,吸波剂对整个吸波材料的吸波性能起着关键性的作用,通常按照吸波剂的化学成分可分为无机吸波剂和有机高分子吸波剂。
1.1.1 无机吸波剂
无机吸波剂主要有铁氧体、金属以及陶瓷,而且已经向着超细化、纳米化的方向发展。焦桓等[8]对纳米的Si/C/N粉体的吸波特性进行研究,通过优化设计得到了单层和双层的吸波涂层,厚度为2.7mm的单层吸波涂层在8～15G Hz内微波反射率<-5dB,而厚度为2.8mm的双层吸波涂层在8～18G H z的范围内微波反射率也在-5dB以下,且峰值反射率达到-40.5dB。曹莹等[9]也研究了纳米雷达波吸收涂料,效果更好。所用到的纳米材料包括β-Ni(O H)2、β-N i(O H)2-Co和β-F eOO H粉末,将它们掺入到聚氨酯涂料或环氧涂料中,能使涂料在1～18G H z 的宽频范围内反射率都在-15dB以下,且吸收峰值也达到了-40dB。另外,Brega r[10]从理论模型出发,也证实了纳米铁磁吸波材料具有普通粒子所无法比拟的吸波特性。
1.1.2 有机吸波剂
有机吸波剂主要有导电高聚物和视黄基席夫碱,它们都是发展得相对较晚的吸波剂。导电高分子吸波材料具有密度小、可分子设计、结构多样化、电磁参量可调、易复合加工等特点,以及独特的物理、化学特性[11],受到了广泛的重视,应用前景广阔。Wong等[12]研究了以导电聚吡咯(PP y)为主体的复合材料对不同入射角微波的吸收特性,入射角从10°变化到80°,在5～18G H z的宽频范围内的反射率始终都在-10dB以下。F aez 等[13]的研究同样说明导电高分子制成的吸波材料具有较低的微波反射率,显示出很好的吸波性能。另外一种很有前途的有机吸波剂为视黄基席夫碱,由于密度低、吸收频带宽也受到了极大的关注。王少敏等[14,15]对视黄基席夫碱进行了研究,先后合成了小分子和大分子的视黄基席夫碱,并对它们的微波吸收性能进行了测试,结果表明,合成的材料确实对微波有一定的吸收性能,特别是10G Hz左右处都有低于-10dB的强吸收峰,然而效果暂时还无法与其它吸收剂相比。丁春霞等[16]合成的视黄基席夫碱盐的微波吸收性能也不太理想,这表明视黄基席夫碱作为微波吸收剂的发展尚未成熟,还有待进一步研究。
1.1.3 其它吸波剂
主要是手性吸波剂和智能吸波剂。手性吸波剂可以通过调节手性参数来做到宽频带低反射,而传统的吸波材料通过调节介电常数和磁导率很难同时满足宽频带和低反射的要求,因此对于手性吸波剂的研究近年来也有不少[17～20]。但由于手性吸波剂尚处于研究的初始阶段,缺乏足够的理论和实验数据,还有很多技术难点有待突破[21],目前还不能很快应用于实际。而智能吸波剂的研究为吸波材料的发展提供了一种新的思路,与其它吸波剂不同,智能吸波剂不是单一的一种材料,它一般跟电路联合在一起,需要有外部传感器以及反馈系统等智能部件。Chambers等[22]研究的相位转换屏(PSS)就是个很好的例子,雷达隐身效果较好。
1.2 结构型吸波材料
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[6]。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。梁勇等[23]研制的多功能纳米复合薄膜材料使用的是无机吸波剂,复合材料的吸波性能优良,在8～12G Hz的微波段内的反射率低于-10dB,而且具有耐磨、耐腐蚀以及阻燃等多种性能。而毛卫民等[24]的发明使用了无机的软磁金属粉和导电高聚物的混合吸波剂,并且采用了多层的设计结构,制成的复合材料在2～18G Hz的宽频范围内反射率低于-4～-16dB。在国外,Neo[25]通过优化设计能使碳纤维在8～12G Hz范围内的反射率低于-10dB。而做得最好的还是日本的Haya shi等[26],他们用Ni-Z n类型的多孔铁氧体吸波剂制成的轻质、阻燃、耐用的复合材料具有很好的吸波性能,在1～20G Hz波段范围内的反射率都低于-20dB。实际应用中,洛克威尔国际公司用石墨/环氧复合材料和由玻璃布蒙皮、石墨、炭黑、橡胶等组成的吸收层和蜂窝结构制造了F-117飞机的整套罩和进气口唇部等[27],事实证明效果很好。
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)[28]。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[28],且以涂料居多。K umar等[29]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[30]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。图1[31]是美国空军飞机用丙烯酸-硝化纤维素隐身涂料的军用规格,只要草绿色隐身涂层的光谱反射曲线落在图示的阴影内就可以使用。
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[32]: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,就得降低目标的辐射能量。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
。
图1 草绿色隐身涂层光谱反射曲线最大允许偏差
2.1 控制比辐射率
控制比辐射率主要是针对红外隐身涂料。为了更好地研究红外隐身材料,曹克广[33]专门对可用于红外隐身涂料的不同着色颜料的比辐射率进行了研究,结果表明很多金属氧化物不宜单独用作红外隐身材料,同样半导体材料也不能单独使用,因为它们的红外比辐射率都较高。而片状铝粉浓度大于25w t %以后的比辐射率较低。鉴于纳米材料的特殊效应,卢晓蓉等[34]制备了纳米ZnO 并对其红外发射率进行了研究,结果表明纳米Z nO 的发射率比微米ZnO 的还大。为了进一步减小材料的红外发射率,魏美玲等[35]和Shan 等[36]先后通过表面化学包覆改性和胶原接枝改性等方法处理超细粉体和纳米材料,都取得了较好的结果。通过表面化学包覆,铁氧体粉体的红外发射率由原来的0.89降到0.65,而陶瓷超细粉也从0.85降低到0.5以下。通过胶原接枝PM M A 共聚物颗粒与氧化铟纳米粒子复合,8～14μm 的红外发射率由原本单组分的0.851以上降到最低的0.576。
其实,Supcoe 等[37]很早就研制了用于金属表面的蓝灰色涂料,它由特殊组成的颜料、填料、粘结剂、稀释剂等多种组分配制而成,对降低红外发射有较好的效果。如今,T ului 等[38]发明的复合材料在3～5μm 和8～14μm 的中远红外窗口的发射率已经做到0.2以下,且在0.3～0.7μm 的可见光和0.7～2.5μm 的近红外都有低的反射率,隐身波段范围宽且隐身性能好。
2.2 控制温度
鉴于波尔兹曼定律中辐射能量与温度的四次方成正比,温度成为红外隐身非常重要的因素。有研究表明,通过洒水蒸发[39]或通入冷却流体[40]吸热来控制温度,可实现热红外隐身。而从材料的角度出发,一般热红外隐身所用的材料主要有两类:相变材料和隔热材料。
2.2.1 相变材料
相变材料(P CM )可以利用材料达到相变温度时由于相变潜热而吸收热量,从而控制目标温度。Dav id 等[41]
发明了一种用于减少红外辐射的材料,该材料使用了一种微胶囊粒子,这种微胶囊粒子由外壳材料和相变材料组成,根据不同场合相变材料可以使用不同碳原子数目的直链烷烃,把该微胶囊植入泡沫材料、用胶粘剂粘合起来或制成涂料就成为一种热红外隐身材料,实验结果表明红外雷达已经探测不到。国内孙浩等[42]用石
蜡和脲醛树脂制备了微胶囊相变材料,并制成涂料涂敷于高温的测试表面,测试了其红外隐身性能以及其耐热耐酸碱性能,测试结果显示所遮盖的目标物经过材料的相变过程,红外热成像仪已观察不到目标的热特征,由于该材料还具有优良的耐热性、耐候性和热循环性能,因而应用前景广阔。
2.2.2 隔热材料
P usch 等[43]发明了一种可用于冬天的隐身材料。由于冬天环境温度比较低,目标与背景的温度差很大,热红外隐身困难,因此只有设法让目标的热辐射不能轻易传出外表面,才有可能躲过热红外探测。为此,发明者使用了隔热材料,该隐身材料使用的基材为高分子纤维材料,然后在材料的两面涂上软质塑料(可以用软质P VC 或者EV A ),当然外面还加了几层用于雷达和可见光隐身的材料,该材料在大气窗口Ⅱ和窗口Ⅲ中显示了
较好的隐身效果。对于涂料,由于大多数颜料通常都是高发射率材料,如果在一般的彩色涂料上加入大热惯量隔热材料,一方面它不会增加涂料的发射率,另一方面也具有显著的降温效果。据报道,在某些很难降低发射率的彩色涂料中,如果加入聚合物微球,它不仅具有明显的降温效果(最多可降温9～11℃),而且对涂料的发射率没有影响,更可降低涂层发射率至0.1左右。因此,聚合物微球也可用于热红外隐身。由于目前还没有发现相关人员的具体研究工作和研究成果的文献,因此这类材料用于红外隐身还有待进一步确认。
此外还有一些其它特殊设计的材料,比如Har old [44]巧妙设计的3层材料:基材表面加上一层具有红外高反射特征的材料,最外面又涂上一层红外高透射的材料。当基材表面温度高于环境时,基材就会辐射红外线,当通过中间高反射层时,大部分辐射又反射回去,只有很少部分辐射透过最外面的高透射层,而当近红外探测器探测时,由于最外层的高反射层,使得目标物的反射与周围环境比如树木或天空一致,最外层的温度也始终与环境保持一致,因此该材料对于3个红外大气窗口都能达到隐身。智能控温的红外隐身也有过报道[45],其热像图也显示出了很好的热红外隐身效果。
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[46]。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[47]。
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[31]。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。G raham[48]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(L EA P),可用于激光隐身。目前,国内的研究也初见成效,王自荣等[49]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[50]。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[51～53],王春秀等制备的纳米晶L a2O3和纳米CeO2已经表现出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。其中透射材料依靠其高透过率被广泛应用作激光器玻璃窗口表层增透膜,然而它也具备作为激光隐身材料的潜质。Rabino vitch[54]研究过一种V型双层防反射型透明涂层,这种材料的折射指数满足一定的条件后能够在1.06μm 激光波段处反射率低于0.1%。其实,这类材料近年来的研究[55,56]也主要是集中在材料折射率的布置和调整上。然而,值得一提的是刻蚀技术也给透射材料的发展起了推动作用, Ka rlsson等[57]和Esco ubas等[58]分别通过不同的刻蚀技术形成光栅从而降低了红外激光的反射率。最近,国内的周红等[59]研究制备了一种电致变色膜,对其在1.06μm和1.54μm处的激光隐身效果进行测试发现,目标覆盖电致变色膜前后,反射率从25%降到了1.5%,因此他们也提供了一种通过电压调节来制备具有激光隐身性能的材料的新方法。由于国外对于高新军事技术的封锁和保密,相关激光隐身材料的研究资料有限,相信国外对激光隐身材料的研究会比国内更深入。
当然,与雷达和红外隐身材料相比,激光隐身材料的起步较晚,所以还有很多方面值得研究。特别是其效果的表征,尽管国内对激光隐身效果的评价方法都有过研究[60,61],但至今还没有找到比较统一的测试方法和标准。
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[62],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。
4.1 雷达/红外兼容隐身材料
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[33]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[64]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。
4.2 红外/激光兼容隐身材料
通常所说的激光/红外兼容隐身材料是指对热红外波段和10.6μm激光能兼容的隐身材料。3～5μm与8～14μm范围内的中远红外属于热红外波段,对它隐身的材料要求有低的发射率,而10.6μm(CO2气体激光器)的激光波长刚好落在远红外波段,要求低的反射率。对于同一目标要同时达到红外与激光的隐身,就必须同时降低材料的发射率和反射率,这是一对矛盾[67]。因为根据经典的热辐射理论,即基尔霍夫定律,物体在热平衡状态时有[32]:α(λ,T)=ε(λ,T),即物体的发射率等于吸收率。对于不透明的涂料(透射率接近0),根据能量守衡定律有[32]:
ρ(λ,T)+ε(λ,T)=1
所以,在同一波段范围同时降低材料的反射率ρ和发射率ε从而达到红外与激光的兼容隐身是热平衡理论所面临的难题。增加材料反射率、降低发射率能达到红外隐身目的,但这也往往提高了材料对这一波长的激光反射率,使得目标对激光“显形”,而如果降低材料的反射率以求激光隐身则又增加了红外的发射率。要达到红外和激光的隐身兼容,就必须克服两者对材料的这对矛盾要求。理想的激光/红外兼容隐身材料应该具有如图2所示反射曲线[68]。
虽然有研究[49]能做到1.06μm处激光低反射和8～14μm 范围内目标外形红外热图能分割,但还不能使目标完全融合在背景之中,且对10.6μm激光和3～5μm波段的红外隐身也没有考虑,因此要制得完全意义上的激光与红外复合隐身材料,还有很多地方需要突破。不过,有报道[68]称,研究动态热辐射理论,建立起非平衡状态下的隐身机理将有助于同一波段内红外与激光复合隐身的研究。相信随着有机高分子和纳米材料的发展,今后可能会制得具有特殊官能团和表面结构的材料,它能在
10.6μm 等特定激光波长处具有强激光吸收,而在其它热红外波段范围内具有高反射,从而实现激光/红外的兼容隐身
。
图2 理想激光/红外兼容隐身材料反射率
4.3 雷达/激光兼容隐身材料
尽管激光隐身与雷达隐身都要求有低的反射率。但激光隐身主要是通过分子共振和特殊的表面微粒微孔结构来吸收激
光,而雷达隐身则是通过电损耗或磁损耗材料的作用,使进入材料的雷达波转换为热能损耗掉[69]。文献[70]报道了一种涂料,测试结果表明,激光隐身与毫米波隐身效果良好,0.93μm 、1.06μm 、1.54μm 处反射率均小于0.5%,8mm 处的雷达反射率达-10dB ,并具备可见光伪装性能,达到了一定程度的多波段复合隐身。此外,谢国华等[71]的实验也给雷达/激光兼容隐身材料的研究提供了新的思路,通过对传统雷达吸波材料的表面状态和结构进行改进,比如制成较为粗糙的表面或通过致孔剂形成多孔结构,粗糙表面利于激光散射,多孔结构使得入射的激光通过孔洞的多次吸收、折射及反复震荡而削弱,从而使材料具备雷达/激光隐身的兼容。
4.4 雷达/红外/激光兼容隐身材料
从当前的形式来看,在上述的3种兼容隐身材料中,红外/激光兼容的隐身是目前复合隐身的重点,这是由它们的内在矛盾性所决定的。但是从长远的发展来看,研制具有雷达/红外/激光(包括可见光)兼容的多波段复合隐身材料是最终的目标。尽管有人指出,目前采用由反红外探测的面漆加反雷达探测的底漆,通过发挥烟幕弹来降低对激光的反射。但这毕竟不是长久之计,烟幕弹只能暂时维持一段时间,要想获得较为长期有效的隐身材料,还得研制出一种同时具备很好的雷达/红外/激光兼容隐身性能且耐久的材料,而目前还未发现此类材料。
5 展望
军事探测和制导技术的发展促使了隐身材料的发展,从最早的可见光隐身材料到现在的激光隐身材料,隐身材料的研究和发展一直没有间断过。无论哪种隐身材料,今后的发展趋势都向着质轻、带宽、高效、耐久的方向发展。而且,随着多模技术的发展,传统具有单一隐身功能的材料已经无法同时躲避多种探测手段的围攻,因此多波段兼容的隐身材料也是未来的发展趋势。
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功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
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 Multip hysics 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。 图1 为TE 波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷 的计算模型。超材料椭圆柱是沿z 轴放置的无限 长空心柱,其横截面为xOy 平面,椭圆中心为坐标 原点,内外径短轴分别为a 和b ,长轴分别为ka 和 kb ,其中, k 为长轴与短轴之比,仿真时取k = 6 , a =0. 1 m ,b = 0. 2 m 。在图1 所示的左边完全匹配 层( PML) 的内表面施加沿z 轴方向电流,激励起 沿x 轴方向(水平) 传播的频率为2 GHz 的TE 波。计算区域四周是PML 吸收层,斗篷内外均为空气。 通过文献[1]计算可知，超材料介电常数和磁导率空间分布如图2所示。图2 (a) 为介电常数分量在xOy 平面上的空间分布,由图可以看出,在x = 0 或y = 0 的平面上 xx 最小,同时在两图1 TE 波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷的计
聚合物基自润滑材料的研究现状和进展 由于聚合物本身具有较低的摩擦系数,优良的机械性能及耐腐蚀性等优点,其基自润滑复合材料具有非常优异的摩擦磨损性能,正在被广泛的应用到减摩领域。本文综述了聚醚醚酮、聚四氟乙烯及聚酰亚胺等几种高聚物的摩擦磨损特点及其应用,聚合物基自润滑复合材料发展现状。指出目前聚合物基高性能自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度,通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能,有效提高其综合性能。聚合物基自润滑材料可取代传统金属材料,成为全新的一类耐摩擦磨损材料。 论文关键词:高聚物,复合材料,自润滑材料,摩擦,磨损 1、聚醚醚酮(PEEK) 1.1 聚醚醚酮(PEEK)的特点 聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能热塑性高聚物,具有良好机械性能、抗化学腐蚀性和抗辐射性,显着的热稳定性和耐磨性。它可以在无润滑、低速高载下或在液体、固体粉尘污染等 收稿日期: 修订日期: 作者简介:刘良震(1980-),男,助理讲师, E-mail:ldcllfz@https://www.doczj.com/doc/043724254.html, 恶劣环境下使用。因而关于聚醚醚酮及其复合材料的研究越来越受到人们重视。聚醚醚酮是一种半晶态热塑性聚合物,为了改善其机械性能,尤其是摩擦学性能,常在其中添加聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)和碳纤维(FC)等材料,也可添加颗粒增强型材料或进行特种表面处理等离子体处理等。当聚醚醚酮及其复合材料与金属材料相互对磨时,通常在金属表面形成聚合物转移膜,其结构、成分均与原有的聚合物及复合材料不同,其性能、厚度及连续程度均对摩擦副的摩擦学性能有重大影响[4]。 1.2 对聚醚醚酮(PEEK)摩擦性能的研究 章明秋等人[5,6]对聚醚醚酮(PEEK)在无润滑滑动条件下磨损产生的磨屑的形态进行研究,结果表明,聚醚醚酮(PEEK)的磨屑具有分形特征,其分形维数与载荷的关系对应于磨损率与载荷的关系,能够反映聚醚醚酮(PEEK)磨损机制的变化。在给定的试验条件下,随着载荷的增大,聚醚醚酮(PEEK)的磨损机制从粘着磨损为主伴随着疲劳-剥层磨损,进而转变为热塑性流动磨损。 张人佶等[7,8]利用扫描电镜、扫描微分量热仪、红外光谱仪、俄歇电子谱仪等分析手段系统的研究了聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料的滑动转移膜,结果表明:纯聚醚醚酮(PEEK)在滑动摩擦过程中形成不连续的转移膜。聚四氟乙烯(PTFE)的光滑分子结构有助于使转移膜更光滑,固体润滑效果也更好。在PEEK/FC30中,不仅加入PTFE,而且加入具有层状
绝缘材料2015，48(1) 引言聚酰亚胺（PI ）薄膜在其商业化以来的半个世纪（1964~2014）里，在基础研究和产业化规模方面均得到了快速的发展[1]。2011年全球PI 薄膜消耗量已经达到8300吨，预计2016年将突破13000吨。PI 薄膜产业的快速发展除了与现代工业领域的需求密切相关外，还与其自身关键技术的不断突破密不可分。例如，通过对PI 薄膜树脂结构的改性，制得外观为棕黄色的均苯型PI 薄膜和无色透明的氢化均苯型PI 薄膜；通过对PI 薄膜分子结构的调整，可以制得400℃高温下收缩率小于0.5%的薄膜和可在350℃实现熔融封接的PI 薄膜等。上述PI 薄膜 关键技术的突破不但依赖于其树脂的分子结构设 计，同时薄膜制造技术的进步也起到至关重要的作用。在过去的50年时间里，PI 薄膜的制造技术经历了从“铝箔法”、“流延法”到“流延+双向拉伸”技术的转变，在此过程中，PI 薄膜的综合性能不断得到提升。 近年来，由于空间电子及显示领域的快速发展对特种PI 薄膜的应用需求，使PI 薄膜的制造技术又有了新的发展。众所周知，高分子薄膜的制造技术与其结构特性密切相关。（半）结晶型高分子材料（具有熔点T m ），如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET ），主要采用熔融挤出工艺，而无定型高分子材料（不具有熔点T m ）则主要采用溶液涂覆法等。图1为几种常见薄膜的分子结构，图2为各种薄膜的制造方法。对于PI 薄膜而言，传统Kapton 薄膜只能采用其可溶性前驱体聚酰胺酸（PAA ）通过溶液涂覆工艺制备。而某些特种PI 薄膜，如聚醚酰亚胺（PEI ）则可 —————————————收稿日期：2014-07-28 修回日期：2014-08-28 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目(2014CB643605)；北京市科技计划课题（D141100003314002） 作者简介：刘金刚（1973-），男（汉族），内蒙古赤峰市人，博士，研究员，主要研究方向为功能性聚酰亚胺薄膜。 特种聚酰亚胺薄膜制备技术新进展 刘金刚1，倪洪江1，房光强2，杨士勇1 （1.中国科学院化学研究所高技术材料实验室，北京100190； 2.上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室，上海200240） 摘要：介绍了特种聚酰亚胺树脂的结构设计与合成，综述了国内外近年来在特种聚酰亚胺薄膜制造技术方面的最新进展。重点介绍了可溶性聚酰亚胺树脂的基础研究与产业化进展状况以及采用可溶性聚酰亚胺树脂制备特种聚酰亚胺薄膜的进展情况，并展望了该技术未来的发展趋势及需要解决的关键技术。关键词：聚酰亚胺；薄膜；树脂；流延法；可溶性中图分类号：TM215.3 文献标志码：A 文章编号：1009-9239（2015）01-0001-06 New Progress of Manufacturing Technology for Functional Polyimide Films Liu Jingang 1,Ni Hongjiang 1,Fang Guangqiang 2,Yang Shiyong 1 (https://www.doczj.com/doc/043724254.html,boratory of Advanced Polymer Materials,Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China;2.State Key Laboratory of Metal Matrix Composites,School of Materials Science and Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China ) Abstract :The molecular design and synthesis for functional polyimide resins and the new progress of manufacturing technology for polyimide films were simply introduced,and the latest development of man-ufacturing technology for functional polyimide films at home and abroad were reviewed.The basic research and development of soluble polyimide resin and their applications in preparing functional polyimide films were presented mainly,and the development trend and key technology needed to solve in the future were prospected. Key words :polyimide;film;resin;flow casting method;solubility 刘金刚等：特种聚酰亚胺薄膜制备技术新进展 1
关于国内纸基摩擦材料的发展现状分析 纸基摩擦材料具有静、动摩擦系数比值小，运转平稳柔和、低噪音、无震动、吸收能量强和环保低成本等特点。克服了传统粉末冶金铜基摩擦材料动摩擦系数低，静、动摩擦系数比值大，运转震动大等缺点。由于纸基摩擦材料的居多优点，从70年代开始摩擦材料生产厂家大多数都先后纷纷研制或挖人才效仿制造。经历三十多年的漫长过程，虽然已经形成一定规模的生产量，逐渐被用户接受，已经广泛应用于摩托车、自行车、汽车、叉车、拖拉机、工程机械、船舶、起重机械、民用家电等的湿式离合器或制动器中。但是大多数产品还处于小批量生产阶段，生产设备简陋，以手工操作为主或借用传统的粉末冶金摩擦片的加工方法，产品的机械性能和摩擦磨损性能稳定性、统一性较差，如尺寸公差、外观、色差、空隙率、均匀度等方面与国外先进产品相比还存在着一定差距。本人多年关注纸基摩擦材料的发展，并且参与纸基摩擦材料的生产设备和生产工艺的研究，对近几年来我国纸基摩擦材料的发展状况有比较浅草了解，提出个人看法仅供参考。 一．纸基摩擦材料的成本优势 粉末冶金铜基摩擦材料由于生产厂家不断发展和扩大，竞争日趋激烈，加之有色金属是不可再生资源，价格不断上涨，以铜粉为例2000年后平均每年涨幅在15%以上，而成品价格由于各生产厂家的竞争因素基本不变，随着社会发展近年来工厂某些运作成本不断提高，所以粉末冶金摩擦材料的生产成本不断提高。利润空间越来越小，目前铜基摩擦材料大多数产品基本上不存在技术知识产权价格因素和品牌价格因素。近年来生产摩擦材料的民营个私企业不断涌现，而且迅速形成规模生产，这类企业相对运作成本较低对市场的冲击较大。所以对规模型生产摩擦材料的老企业经受着越来越严谨的考验，必须重视企业的内功修炼，一方面保持和提高产品质量占居行业的品牌地位，进行设备
科技导报2016，34（8） 收稿日期：2015-11-03；修回日期：2015-12-20 作者简介：赵发刚，高级工程师，研究方向为结构机构设计、试验技术，电子信箱：fagang0820@https://www.doczj.com/doc/043724254.html, 引用格式：赵发刚,冯彦军,范凡,等.卫星复合材料结构在轨健康监测方法[J].科技导报,2016,34(8):15-17;doi ：10.3981/j.issn.1000-7857.2016.08.001 卫星复合材料结构在轨健康监测方法 赵发刚1，冯彦军1，范凡2，周徐斌1，周春华11.上海卫星工程研究所，上海2011092.上海航天技术研究院，上海201109 摘要 对航天器结构中的裂纹、脱层及其他损伤进行及时且准确定位是确保服役航天器可靠、长寿命运行的必要手段。复合材 料结构健康监测是确定结构完整的革命性创新技术，在航天器的结构设计、加工及维护过程中可发挥重要作用，同时能够提高安全性、降低维护成本。本文简要介绍航天器结构健康监测的国内外研究进展，并阐述结构健康监测技术在航天器上应用面临的问题。关键词 航天器结构；复合材料；材料结构损伤；健康监测 纤维增强复合材料因具有重量轻、比强度高、抗疲劳性能好等优点，在航天器结构中应用广泛。尽管复合材料在减轻结构重量及提高承载能力等方面性能卓著，但它在损伤、失效等方面的表现却是机制复杂、现象多样，对其进行故障识别特别困难。与常规金属材料相比，复合材料的力学性能及损伤模式要复杂得多，在飞行器上的复合材料结构受载情况亦比较复杂，作为主承力结构，多数受有弯、剪、扭的复合载荷，静载、动载、疲劳载荷俱全，这为保证其安全性提出了新的要求。复合材料在应用中产生的损伤会直接影响其力学性能，必须研究其损伤形式和机理。复合材料结构失效是由一系列微观损伤随时间累积的宏观破坏，其损伤形式主要有纤维断裂、冲击损伤、层间分离（分层）及连接松动。 结构健康监测（structural health monitoring ，SHM ）技术通过将传感系统埋入或粘贴在被测结构中，同时引入信号、信息处理等其他技术，使结构材料具有感知和预报自身变形、缺陷、损伤和失效等一系列非健康状态以及感知环境参数的功能。航天器在轨健康监测技术是提高航天器可靠性、延长运行寿命的重要手段。一般地，结构健康监测系统主要包括3部分：1）传感系统；2）数据采集与处理系统；3）损伤识别、 模型修正、安全评定与预警系统。 根据对国内外健康监测技术在航天复合材料结构上的应用情况的分析，本文综述卫星复合材料结构在轨健康监测方法的研究进展。 1国内外研究现状 20世纪80年代，国外在结构轨健康监测方面，已有成熟 系统[1]。欧洲太空局（European Space Agency ，ESA ）在 Olympus 卫星上利用加速度传感器进行了在轨振动环境评 测；日本国家航天发展局（National Space Development Agency ，NASADA ）利用星地激光链路试验卫星ETS-VI 进行了在轨力学环境测量。美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration ，NASA ）格伦研究中心（GRC ）开发研制了用于测量国际空间站扰动影响的空间加 速度测量系统（SAMS-II ）和高级微重力加速度测量系统（AMAMS ）。ESA 也开发出自己的在轨振动测量系统，并在Olympus 卫星上进行了搭载。 2010年4月，美国在X-37B 空天飞机中埋设了光纤光栅 传感系统，进行温度、压力等信息的在线实时监测。2002年，ESA 将光纤光栅（Fiber Bragg Grating ，FBG ）传感器埋设在太空望远镜三角支架中，进行三角支架变形监测。在Proba II 卫星中采用由光纤传感器组成的监测单元对飞行器推进系 统的压力和温度进行监测（图1）。 2002年，法国将FBG 传感器埋设在太阳帆中，监测太阳 帆的温度和微应变。此外，德国在可重复使用运载器（RLV ） 图1 光纤光栅传感器应用于空间望远镜 Fig.1 FBG sensing's application in space telescope （b ）埋设有光纤传感器的三角架 结构 （a ）空间望远镜结构 15
综述: 经过“十一五”期间的努力，摩擦密封材料行业取得了长足的进步。国际化步伐进一步加快，新技术研究、新产品开发、新材料应用、新设备换代、新工艺创造成绩斐然。行业总体规模和经济效益有了显著增长，2010年摩擦密封材料行业总产值由“十一五”初期的56.7亿元增加到101.51亿元，产品出口交货值由16.2亿元增加到37.14亿元，分别增长了79.03%和129.26%。 1.国外概况 1.1行业结构合理，产能集中度较高，跨国和跨地区经营进一步发展，产品生产逐步转移到劳动力便宜的发展中国家和地区进行，尤其注重向中国市场的转移。大部分主机配套集中在为数不多的零部件集团，如：辉门、霍尼韦尔、泰明顿、阿基波罗等。 1.2无石棉、少金属的环保型摩擦材料（又称NAO型摩擦材料）已经开始向市场推广； 消费者对制动噪音越来越重视，制动噪音已经成为区分车辆制动性能的关键因素之一，各大摩擦材料厂和制动系统生产厂家开始联合研究和开发低噪音制动系统，并取得了很多工程技术上的突破；通过控制产品压缩量来降低噪音已经成为各大摩擦材料厂质量控制的重要手段。 1.3欧美一些国家已经就限制摩擦材料中有害重金属组分及铜的含量进行立法。在可以预见的将来，摩擦材料中重金属组分的含量将会成为摩擦材料出口欧美的一项贸易限制。 1.4生产设备自动化控制和精密度较高，部分工序实现了连续化生产；因而生产效率比较高；原材料生产企业普遍具有相当规模且质量稳定，并能够根据用户需要对所供产品进行精加工和新的开发。 1.5大型摩擦材料企业拥有雄厚的科研力量和先进的研究测试设备，科研开发的资金投入普遍占到销售额的3～5%，有的甚至更高一些。他们不仅深入研究摩擦材料的表观和微观结构及性能，同时非常重视摩擦材料和对偶件及制动系统的整体匹配性研究。 1.6 把产品质量标准和测试方法标准作为一种日常工作，不断进行研究。国际同行对欧洲和北美地区采用的不同测试方法进行了有效的协调统一，标准全球化日趋成熟。 2 .国内概况 2．1 基本情况 随着我国国民经济的快速发展，汽车、摩托车、机械、铁路、石油、化工、船舶、航空、矿山、冶金等诸多领域对摩擦密封材料行业提出了更高的要求。铁路运输不断提速；城市轨道交通大量发展；汽
隐身材料的应用与研究前景 摘要：探讨了隐身材料的种类与现状和存在问题，未来研究及发展方向等，介绍了雷达隐身、红外隐身等几种常见的隐身技术，分析未来隐身技术的发展趋势 关键词：隐身材料隐身技术 正文： 隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在装备外形不能改变的前提下，隐身材料（stealth material）是实现隐身技术的物质基础。武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。对于地面武器装备，主要防止空中雷达或红外设备探测、雷达制导武器和激光制导炸弹的攻击；对于作战飞机，主要防止空中预警机雷达、机载火控雷达和红外设备的探测，主动和半主动雷达、空对空导弹和红外格斗导弹的攻击。为此，常需要雷达、红外和激光隐身技术。 隐身材料的分类 隐身材料按频谱可分为声、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。 1.雷达吸波材料 雷达吸波材料是最重要的隐身材料之一，它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。雷达吸波材料中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。雷达吸波涂料主要包括磁损性涂料、电损性涂料。 (1)磁损性涂料磁损性涂料主要由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物中组成。目前国外航空器的雷达吸波涂层大都属于这一类。这种涂层在低频段内有较好的吸收性。美国Condictron公司的铁氧体系列涂料，厚1mm，在2～10GHz内衰减达10～12dB，耐热达500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m2，在常用雷达频段内(1～16GHz)有良好的衰减性能(10dB)。磁损型涂料的实际重量通常为8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解决的重要问题。 (2) 电损性涂料电损性涂料通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度大，难以做到薄层宽频吸收，尚未见纯电损型涂层用于飞行器的报道。90年代美国Carnegie-Mellon大学发现了一系列非铁氧体型高效吸收剂，主要是一些视黄基席夫碱盐聚合物，其线型多烯主链上含有连接二价基的双链碳-氮结构，据称涂层可使雷达反射降低80%，比重只有铁氧体的1/10，有报道说这种涂层已用于B-2飞机。 2.复合型红外隐身材料 复合型红外隐身材料主要有涂料型隐身材料、多层隐身材料和夹芯材料。
室内调湿涂料应用范围最新研究进展 https://www.doczj.com/doc/043724254.html,2010年08月26日09:28中国建材网摘要：由于湿度会影响工业生产和人类生活，因此可通过调节室内空气湿度改善生产环境与生活的质量。有机高分子调湿涂料以有机高分子树脂为主要成膜物，按溶剂介质分为以下几类。 由于湿度会影响工业生产和人类生活，因此可通过调节室内空气湿度改善生产环境与生活的质量。本文在介绍调湿材料和调湿涂料的功用、应用范围及两者相互关系基础上，对调湿涂料的最新研究进展进行了综述。调湿涂料按成膜物类别分为无机型和有机型，概述了每种类型的组成、制备工艺、各组分的作用及特点；从成膜物、颜填料、助剂三方面分析了涂层吸放湿原理；归纳总结了变色、光催化抗菌及其他智能型调湿涂料；指出未来调湿涂料应向实用化、复合化、多功能、智能调控方向发展。 湿度与人类的生产生活密切相关，湿度过低或过高都会影响人们的正常生活。当室内湿度低于40%时，人的皮肤皲裂、呼吸系统抵抗力下降，细菌、病毒会乘虚而入，家具会变形爆裂，涂层、壁画粉化加速，又易引起静电起火；高于60%时，环境过于潮湿，微生物 繁殖加快，物品易霉变、腐烂或锈蚀。因此，控制室内湿度对生产生活都显得十分重要，尤其对潮湿和干旱地区，调节湿度尤为重要。室内调湿通常采用主动和被动方式。前者主要指空调，该方法投资大、能耗高、易产生噪音污染，引发“建筑室内空调综合症”等问题，不宜长期使用。后者利用可再生能源或材料的吸放湿特性来调节湿度，无需消耗任何人工能源，是一种生态性控制调节方法，通常采用调湿材料和调湿涂料，其用途之广已成为现代建筑及居室装修不可缺少的材料之一。 1.调湿材料与调湿涂料 调湿材料具有自律性调节温湿度功能，开发应用调湿材料对节约能源、改善环境舒适性、促进生态环境具有重要意义[1]，近年来受到普遍关注，主要应用于建筑、化工、农业、文物保护等方面，成果大部分以专利形式报道，以美国、日本居多。调湿材料多以板材、薄膜形式出现，如用聚丙烯纤维、海泡石等碾压成型的多孔纤维板[2]，用模板聚合工艺在多孔聚合物基材上，用光辐射法进行极性单体接枝共聚，制成吸水性很强的建筑隔板等[3]。吸湿薄膜包括吸湿织物(毛毡、地毯)、纸张、墙贴、壁纸、壁挂等，有较强的吸放湿性能，面积大的主要用于室内调湿，尺寸小的以局部吸湿为目的，如具有防雨水渗漏功能、抗热降解和紫外光降解的呼吸性建筑隔膜[4]，用含多孔填料的尼龙、纤维、聚酯等人造织物制成的
探究刹车片摩擦材料的研究现状与发展趋势 发表时间：2019-09-18T10:02:32.580Z 来源：《防护工程》2019年11期作者：赵盟盟 [导读] 新型陶瓷基摩擦材料是当前全新的一种材料，其材料的引用可以提升安全性与稳定性，满足当前的需求。 山东金麒麟股份有限公司山东乐陵 253600 摘要：现阶段的工业制造逐渐向轻量化、高质量、高安全以及高寿命方向发展，进而对当前的制动系统提出更高的要求，以保证其整体性能。新型陶瓷基摩擦材料是当前全新的一种材料，其材料的引用可以提升安全性与稳定性，满足当前的需求。 关键词：刹车片摩擦材料；现状；发展 1 引言 作为车辆和机械离合器总成及制动器中的关键性安全部件，高性能刹车片摩擦材料的研究广泛受到各科研机构和主机厂的关注。刹车片摩擦材料作为制动装置中的核心要素，利用摩擦材料的摩擦性能将转动的动能转化为热能及其他形式的能量，从而实现运动装置制动，其性能的优良直接影响着整机装备运行的安全性、可靠性、舒适性等. 2 刹车片摩擦材料的主要性能 一般对刹车片的基本要求主要有耐磨损、摩擦系数大、优良的隔热性能。按无石棉有机物刹车材料主要是作为石棉的替代晶而研制的，用于制动鼓或制动蹄。摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料。它主要包括制动器衬片（刹车片）和离合器面片（离合器片）。刹车片用于制动，离合器片用于传动。任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动或传动装置。摩擦材料是这种制动或传动装置上的关键性部件。它最主要的功能是通过摩擦来吸收或传递动力。如离合器片传递动力，制动片吸收动能。它们使机械设备与各种机动车辆能够安全可靠地工作。 所以说摩擦材料是一种应用广泛又甚关键地材料。摩擦材料是一种高分子三元复合材料，是物理与化学复合体。它是由高分子粘结剂（树脂与橡胶）、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其它配合剂构成，经一系列生产加工而制成的制品。摩擦材料的特点是具有良好的摩擦系数和耐磨损性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。它们被广泛应用在汽车、火车、飞机、石油钻机等各类工程机械设备上。民用品如自行车、洗衣机等作为动力的传递或制动减速用不可缺少的材料。 3 刹车片摩擦材料发展过程 通过上文的分析发现，阿基波罗工业株式会社和美国辉门公司在专利数量和时期上具有代表性，对其各个时期的代表性专利进行分析，发现刹车片摩擦材料的发展可分为去石棉时期、无石棉发展时期和新材料时期。 3.1 去石棉时期 早在19世纪30年代，菲罗多就有专利提到了含铅或铅合金的摩擦片，还有一篇专利提到了含石棉的刹车片，这就是早期的石棉刹车片。早期的刹车片往往含有石棉，因为石棉能为摩擦材料提供较高机械强度及良好的耐热性、耐磨性等关键性能，甚至至今石棉在摩擦材料中的影响还没有被单一增强纤维所取代。自19世纪50年代，石棉被发现可能具有致癌性。之后19世纪70年代，石棉的致癌形成了一种共识，1989年，美国出台了法案规定禁止石棉材料的使用。 随后，各公司开始寻求对石棉的替代，大体分为两个发展方向，一种为用金属纤维等进行替代，后来演变为用途十分广泛的半金属刹车片，如菲罗多专利中出现了含金属纤维的刹车片，金属开始替代石棉；1982年阿基波罗公司一种定义为半金属的刹车片出现了，中提到了铝和氧化铝同酚醛树脂、金属粉末、橡胶、石墨和钢纤和高含碳量的铁粉热压得到这种摩擦材料。其中钢纤维和金属粉末（如：还原铁粉、铸铁粉等）主要替代石棉用作增强材料。提出一种包含碎玻璃纤维的摩擦材料具有良好的抗磨损和抗衰退性能，具体包含树脂，碎玻璃纤维（浸渍有１％的酚醛树脂）、有机粉末、填料、金属粉末、润滑剂和一些其他的纤维，并且分散了噪音的集中产生。这种刹车片即为早期的NAO型刹车片。此阶段汽车工业对于汽车速度提出了更高的要求，因此摩擦材料不仅关注对石棉纤维的替代，对于粘结剂的改性以提高分解温度也被重视。 3.2 无石棉发展时期 从20世纪80年代至2000年，刹车片摩擦材料的专利开始大量涌现，主要还是针对无石棉配方的改进。半金属配方刹车片具有较高的摩擦系数，优异的热传导性和耐磨性，但也有易生锈、易损伤刹车盘等缺点，另外在噪音和舒适性方面都不尽如人意，这也不满足汽车工业对汽车舒适性的要求。世界发达国家更加注重对噪音、振动、顿挫感（简称NVH）等舒适性能方面的研究。减少刹车片中金属含量，由半金属向低金属转变成为当时的主要研究方向。最显著的特点是发表了大量无石棉有机（简称NAO）刹车片，NAO主要特点为具有适宜的摩擦系数、低噪音、少落灰和较好的舒适性。 3.3 新材料时期 3.3.1 新型陶瓷基摩擦材料 21世纪初，面对世界范围内对于汽车环保和舒适性更高的要求，刹车片摩擦材料的发展对环保要求也越来越苛刻，日本、欧美地区的刹车片向着绿色，环保，经济的方向发展。此时由于芳纶与钛酸钾纤维具有良好的协同作用，在NAO型刹车片中已得到了十分广泛的应用。粉末状钛酸钾的工艺，并且和纤维状钛酸钾具有相似的摩擦性能和力学强度，可以对钛酸钾纤维进行替代。 3.3.2 新型陶瓷基摩擦材料 汽车制动器在进行制作过程中，其主要是利用当前的衬片功能进行发挥，其由当前的填料、增强纤维以及粘结剂组成，利用粘接剂自身的功能与优势，将相关的材料进行合理的融合，经过粘接、加热、固化等工序，促使其形成质量良好的摩擦材料，提升整体性能，满足当前的需求。例如，作者通过合理的实验，对当前的汽车刹车片新型陶瓷基材料的性能进行分析，通过不同的粘结剂的不同体积分数明确其最优效果，进而选择出摩擦材料的最高强度与韧性，提升其整体性能。以实际的案例为例，在某实验中，将当前的钛酸钾晶须作为增强纤维，充分发挥出其自身的摩擦性能，并利用不同的钛酸钾含量进行分析，不同的含量对其整体性能产生的影响。 填料也是当前重要的组成部分，其自身的性能优势在于对摩擦材料的磨损性能进行合理的调节，进而提升其实际的制动与传动要求，例如，当前较为常见的填料主要有碳酸钙、氧化铁、氧化铝等相关的材料，不同的材料其对于当前的性能影响也不同。氧化铝可以提升材
北京工业大学 硕士学位论文 高分子调湿材料调湿性能的实验及应 姓名：李双林 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：马重芳 20040501
独创性声明 本人声骏爨呈交懿论文怒我令人在导矮援警下进毒亍懿研畿工佟及取德瓣研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标淫和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包古为获褥北京工业大学或其它教育机构懿学整或汪书莨使焉遘蟾耪辩。与我一两工佟铃鞘态对零磷究掰簸熬锰餐贡献秘已程论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：珏熔日期：逖！垒』：／ｊ 关于论文使用授权的说明 本久宠全了锯≤￡家互监大学有关保留、馒蠲学位论文的规定，鞠：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅秘借阕；学校可以公垮论文的全部残部分内容，可以采用影印、缩印威其他复制手段保存论文。 （保密静论文在辩密居寂遵守藏疑定） 张瓤铆躲晷鼢一，略，７
第１露绪论 第１章绪论 １．１课题蕾荣和研究意义 ｛。｛。１湿凄的耋要性 空气激度是一个与人们生活、生产密切相关的蕙要的环境参数。外界温度变化是弓ｌ麓湿度炎纯的主薅原因，通过对瀣度和滠凄之闻稽互关系髂研究表明：如果在密阉系统中没有任悄吸附与解析水分的物膜存在的话，当系统在短对间内濑发由ｌＯ℃交彳七捌４０℃，系统肉豹褶对瀑度会降低鄯原来的ｌ／６，反避来同样鲡ｉ逆。因辩耀麓滋度还受秘赛气袋（磐蔫攀粒旱攀）澎确较大，矮赛瀑瘦舞褰或袭气候干燥，都会导致室内相对湿度下降；相反的，如聚室外温度下降或者多雨，舞ｌ会导数室内空气湿度壤大。 空气的含激量过高，使人产生潮湿、胸闷等不适感，诱发关节炎等疾病；引起金嚣袭嚣锈镶，导致懿器缝缘毪麓下洚；甓长器萃孛霉薤病毒大繁繁臻发育，彩晌食品加工和保存；影响机械零件产品的生产加工质－爨。讴空气含湿撼过低，又会使人产生皮肤过敏、限弊干燥，呼吸鬃统抵抗能力下降，致使呼吸到感染和气喘等疾瘸侵入，另乡｝湿度过低述会ｇｉ越静电现象，不利于身体鼹糍。 当滋壤由离（低）凳低（离）交替燮纯对，又会媲许多物麟发生疲劳形变，褥弱是一垡艺零鑫、字蕊等发嫩糖位、撩爸或黉镶嵌物象袭疆潦，黠物鹣造或谈窖。由Ｊ墩可见，湿度控制无论对人们的膀住环境，还怒对物品的保护都显得尤为錾要。余遥妁稳薅湿瘦鬻萌子入髓豹鸯心健康，捷褰王作学习效率莘霾产葫质量。 国家《空气质量标溅》规定黛内相对湿度标凇值，夏季空调房间为４０％～６０％，冬季采缓痨游麓３０％～６０％。擒拿大学者Ａｎｔｈｏｎｙ￥。Ａｒｕｎｄｅｌ簿Ⅲ在考虑了湿纛对微生物生长、入体发瘸以及物品变质簿各秘影确蜃，推荐了一个簸饯糟对滠度范围，如图ｉ－ｉ所示，从图可见，相对湿度在４０％～６０％间，可使细藤、病毒、霉菌、爨生虫数量最少，将呼吸道感染＿秘过敏癜、气嘣痍、纯学作鼹熬可Ｓｌ蛙降歪最小，鼠能保证空气中舆氧的一定发生率，使窝气清新净化。 １。１。２湿度攘翩调节泌手段 湿壤控制调节与温度控制调节同等熬要。按遐秀消耗人工熬源，可将湿度控
光压驱动现状及应用前景探究 为了对光压驱动的现状及应用前景进行探究，我们采用了线上线下调研、对各种数据以及论文结果的分析以及总结的方式进行探究。探究结果表明：当前科技水平下，实现宏观状态下的光压驱动还很困难，目前可能性最高的是将其应用在航天领域；目前网络以及众多论文对光压驱动的言论都有失严谨，可信度不高。科学应该严谨，我们需要在诸多言论中取其精华，去其糟粕理性去研究；对光压驱动的可行性人类正在探索，过于肯定的言论是一种不负责任的行为。 标签：光压；黑科技；光压驱动 Abstract：In order to explore the current situation and application prospect of photo-pressure drive，we use the methods of line and offline research，analysis and summary of various data and the results of the paper. The results show that at present，it is very difficult to realize the light pressure driving in the macroscopic state，and what is the most possible is to apply it in the space field. At present，the network and many papers on the photo-pressure driven comments are not rigorous，credibility is not high. Science should be rigorous，so we need to take the essence of a lot of speech and study the dross rationally；human beings are exploring the feasibility of photo-pressure driving. Any too assertive speech is an irresponsible behavior. Keywords：light pressure；futuristic tech；photovoltage drive 光壓相信很多人都没有听过，但是它却是现在世界上很多前沿的科学家们在研究的一种现象，那么，究竟光压是什么样的一种现象呢？这种现象对于我们的生活又会有什么样的影响呢？我们不妨带着这些问题，先来看一些有趣的现象。 彗星在扁长的轨道上绕太阳运行，彗尾由极稀薄的气体和尘埃组成，形状像扫帚。随着理论物理进一步发展，发现一种由太阳光施于彗星的作用，就是太阳辐射压力。彗尾中的微小颗粒受到这种压力的作用，使得彗尾的方向一般总是背着太阳延伸，当彗星接近太阳时，彗尾总是拖在后边，当彗星离开太阳远走时，彗尾又成为前导。光子具有动质量，所以当光子大到物体表面就会产生冲力。如果物体完全吸收了正方向射来的光子，那么它会产生一定的冲力，不过这个力十分微弱，但是如果它可以反射正方向的全部光线的话，那么就会产生双倍的冲力。尽管如此，光压效果还是很微弱，所以人类对它的应用方面的研究成果很少。当前，关于光压的应用大概有以下几种设想： （1）利用光压力来推动宇宙光帆船，达到更远距离的宇宙航行。 （2）制作光压风车。 （3）光压驱动纳米机械。
生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅