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先进隐身材料技术的研究与应用一、概述先进隐身材料技术是一种以减少雷达反射以实现隐身为目的的材料技术。
这个技术的发展是为了适应现代飞行器的需求，在飞行中减少飞机的雷达反射，从而提高其隐身性能。
本文将从材料的基本特征、发展历程、研究现状和未来应用前景四个方面分析先进隐身材料技术。
二、材料基本特征隐身材料的主要特征是减少雷达反射，使飞行器可以躲避雷达侦测。
减少雷达反射的主要方法是利用多层介质、辐射损耗和电磁遮蔽等。
1.多层介质多层介质隐身材料是一种以金属、绝缘体等多种材料构成的复合材料，其反射特性随着每层材料的选择、厚度变化而改变。
随着各层材料的精细设计，可以达到较好的隐身效果。
2.辐射损耗辐射损耗隐身材料利用材料吸收雷达波的能量来减少反射，使飞行器具有良好的隐身性能。
例如，平面材料可通过选择合适的材料和结构设计进行隐身。
3.电磁遮蔽电磁遮蔽隐身材料通过阻止雷达波到达飞行器表面，从而减少反射信号。
这种材料的主要材质是抗电磁干扰材料和抗雷电材料。
利用抗电磁干扰材料可以在飞行器表面制造强磁场，从而抵消雷达波到达的能量；而抗雷电材料则在飞行器表面产生电荷，并通过抵消雷达波到达的能量来减少反射信号。
三、发展历程1.初期发展20世纪50年代初，美国空军的隐身研究首先出现，当时隐身技术的主要目的是减少地面雷达的探测。
研究人员试图开发出一种新的材料，可以吸收或耗散掉雷达信号，为飞机提供隐身的保护。
2.进一步发展60年代初，随着雷达技术的发展和周边环境的变化，隐身材料的研究得到了进一步开展。
隐身材料开始向多层介质、电磁遮蔽和辐射损耗方向发展。
研究人员开始探索新的方法来设计和制造更好的隐身材料，以适应日益复杂的现代飞行器需求。
3.现代发展近年来，随着电子科技的迅速发展和高科技产业的崛起，隐身材料技术也得到了迅速发展。
新材料不断涌现，旧材料也在不断改进，从而为隐身材料技术提供了更多的选择。
四、研究现状目前，隐身材料的研究主要集中在多层介质、电磁遮蔽和辐射损耗三个方向。
隐身材料的原理与应用引言隐身材料是一种具有特殊优异性能的材料，它能够使物体在某些特定频段的电磁波中不可被探测到或观测到。
隐身材料的研发与应用已经成为科学研究和军事领域热门的课题。
本论文将介绍隐身材料的原理、发展历程以及在军事领域和民用领域的应用。
隐身材料的原理•光学迷彩原理光学迷彩是一种基于光学折射和反射原理的技术，通过改变物体表面的光学特性，使得物体在特定光源下不可察觉。
光学迷彩材料通常采用纳米级的光学元件进行设计，利用类似于透镜和反射镜的结构将光线引导到其他方向，从而达到隐藏物体的目的。
•雷达反射原理雷达是一种利用电磁波探测和测量物体位置、速度和方位的技术。
隐身材料的应用对抗雷达检测是一项重要的任务。
隐身材料利用电磁波的折射、反射和散射原理，将雷达波束散射为更大范围的散射波，减小物体所接收到的雷达反射信号。
这样能够降低物体被雷达探测到的概率，提高隐身效果。
•红外隐身原理红外隐身是指根据物体对红外辐射的特殊性能进行设计，使其对红外探测具有较低的敏感度。
红外隐身材料通常通过控制物体的表面温度和红外辐射特性来实现。
利用红外吸收材料和红外反射材料的组合，可以有效地减少物体的红外辐射，从而降低物体被红外探测到的概率。
隐身材料的发展历程•早期研究隐身材料的研究起源于20世纪初，当时主要集中在光学迷彩方面。
早期的研究主要侧重于改变物体表面颜色和纹理，以达到伪装效果。
然而，这种方法只能在特定环境中起作用，并且易受到光照条件的限制。
•发展进展随着科技的进步，隐身材料的研究逐渐发展，并形成了多个研究分支。
从光学迷彩到雷达反射和红外隐身，隐身材料的原理与应用得到了显著的提升。
许多新材料和技术被应用在隐身材料的研究中，如纳米技术、光学干涉技术和复合材料技术等。
•未来趋势随着隐身材料研究的不断推进，未来隐身材料的发展趋势是多样化和集成化。
隐身材料将更加注重光学、雷达和红外等多种频段的隐身效果。
此外，隐身材料还将与传感技术、智能材料和人工智能等领域相结合，实现实时自适应隐身效果。
隐身材料0 前言1 雷达隐身材料1.1 涂敷型吸波材料1.2 结构型吸波材料2 红外隐身材料2.1 控制比辐射率2.2 控制温度3 激光隐身材料3.1 激光隐身原理3.2 激光隐身材料技术3.3 激光隐身材料的发展4 多波段复合兼容隐身材料4.1 雷达/ 红外兼容隐身材料4.2 红外/ 激光兼容隐身材料4.3 雷达/ 激光兼容隐身材料4.4 雷达/ 红外/ 激光兼容隐身材料5 隐身材料发展前沿5.1 纳米隐身材料5.1.1 纳米材料的特性5.1.2 纳米复合隐身材料的隐身机理5.1.3 纳米复合隐身材料的复合新技术5.2 智能隐身材料5.2.1 可见光智能隐身材料5.2.2 红外智能隐身材料5.2.3 智能蒙皮5.2.4 智能隐身材料的发展趋势6 展望0 前言2011年1月11日，中国歼20隐形战斗机进行首次升空试飞，受到世界关注，也引起了人们对隐身技术的兴趣。
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。
绝大多数重型武器（飞机、坦克、火炮、军舰、导弹、航天器）主要是金属装置，最易被各种光电磁热探测，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,材料的隐身手段显得尤为重要，并受到世界各国的高度重视。
世界各军事强国都在积极发展隐身技术, 隐身兵器发展计划推陈出新, 新一代隐身兵器不断涌现。
美国的隐身技术发展较快, 目前居世界领先地位, 其中F-117A、B-2、F-22等隐身飞机代表着当今世界隐身兵器先进水平; 正在研制的一大批隐身武器, 如联合攻击战斗机(JSF)、M计划(旨在提高海军舰艇隐身性能的秘密计划)、AGM-137三军防区外隐身攻击导弹等都将具备良好的隐身性能。
俄罗斯早在1984年开始研制的米格1.42多用途隐身战斗机(MFI)可与美国的F-22相媲美, 1.44隐身战斗机优于F-22, LFI和S-54 与美国的联合攻击战斗机( JSF)相当。
另外, 法国、德国、日本、意大利等都有各自研制隐身武器的秘密计划, 武器种类包括攻击机、装甲战车、军舰、高超音速攻击导弹、无人航天器等。
印度也应用隐身涂料改进现役战斗机, 制出一种隐身靶机。
隐身化已成为武器装备发展的重要特征, 也是信息化战争的必然选择, 各军事领域全面隐身化和隐身武器系列化是今后的必然趋势。
我国在这方面起步较晚,与发达国家相比还存在较大差距。
今年1月，J20隐身机的试飞成功，标志着我国隐身材料的研制步入了应用阶段。
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。
可见光隐身材料是研究最早的,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。
因此,本专题主要针对雷达、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。
另外，作为本世纪隐身材料发展的重要方向之一的智能隐身材料和纳米隐身材料可谓应时而生。
它们的新原理、新概念对未来武器系统和航空航天系统的发展将会产生重要影响。
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,因此作为雷达探测目标物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（1～20GHZ）,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R，R 值越小越好。
因此，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。
由于高频雷达波频率通常在1～20GHZ频段，因此吸波材料通常在此波段。
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类。
由于大面积使用吸波涂料存在很多弊端，例如增加飞机重量、粘附不牢而脱落等，而结构型吸波材料具有承力、重量轻、可设计性能强等特点，所以后者得到大力开发。
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。
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。
■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。
国内科技工作者在这方面作了不少研究，焦桓等对纳米的Si/ C/ N 粉体的吸波特性进行研究,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8～15GHz 内微波反射率< - 5dB ,厚度为2.8mm 的双层吸波涂层在8～18GHz 的范围内微波反射率也在- 5dB 以下,且峰值反射率达到- 40. 5dB。
曹莹等研究的纳米雷达波吸收涂料效果更好，将β2Ni (OH) 2等纳米材料掺入到聚氨酯涂料或环氧涂料中,使涂料在1～18GHz的宽频范围内反射率都在- 15dB 以下,且吸收峰值也达到了- 40dB。
在国外，Bregar 从理论模型出发,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，显示了吸波剂纳米化的发展方向。
■有机吸波剂有机吸波剂主要有导电高聚物和由美国卡耐基-梅隆大学研制的视黄基席夫碱,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较低的微波反射率,很好的吸波性能，以及独特的物理、化学特性,并具有密度小、分子设计、结构多样化、电磁参量可调、易复合加工等特点,受到了广泛的重视,应用前景广阔。
国外科技者研究了以导电聚吡咯( PPy) 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5～18GHz 的宽频范围内的反射率始终都在- 10dB 以下。
视黄基席夫碱的吸波材料,由于密度低、吸收频带宽也受到了极大的关注。
国内王少敏等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,材料对微波有一定的吸收性能,特别是10GHz 左右处都有低于- 10dB 的强吸收峰。
然而视黄基席夫碱作为微波吸收剂的发展尚未成熟,效果暂时还无法与其它吸收剂相比，还有待进一步研究。
■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。
但由于手性吸波剂尚处于研究初始阶段,缺乏足够的理论和实验数据,有很多技术难点有待突破,目前还不能很快应用于实际。
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。
1. 2 结构型吸波材料结构型吸波材料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。
梁勇等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8～12GHz 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2～18GHz的宽频范围内反射率低于- 4～- 16dB。
在国外,做得最好的还是日本的Hayashi 等,他们用Ni2Zn 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1～20GHz 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F2117 飞机的整套罩和进气口唇部等,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。
在结构吸波材料领域，西方国家中以美国和日本的技术最为先进，尤其在复合材料、碳纤维、陶瓷纤维等研究领域，日本显示出强大的技术实力。
英国的Plesey 公司也是该领域的主要研究机构。
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，它在现代战争中将占有越来越重要的地位, 如海湾战争中美国击落的飞机, 有40 %是由红外制导的空—空导弹击中的。
因此,红外隐身材料的研究已成为继雷达吸波材料之后未来吸波材料研究中的一个重要内容。
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)。
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。
