电致变发射率材料在红外隐身技术中的应用
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文章编号:100621630(2008)0420035204可变发射率器件中WO 3电致变色研究进展李德柱,董 亮,王 豫(西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,四川成都610031) 摘 要:概述了WO 3电致变色材料的基本结构、电致变色机理和伏安特性。
给出了WO 3薄膜可变发射率器件的结构。
介绍了部分典型非晶、多晶和其他形式的WO 3电致变色薄膜,以及发射率及变化范围。
关键词:电致变色;可变发射率;WO 3;非晶;多晶中图分类号:V444.34;TB43 文献标识码:ADevelopment of WO 3Electrochr omic in V ar ia ble Emittance DeviceL I De 2zhu ,DON G Lia ng ,WAN G Yu(K ey La b o rator y of Adva nced Technologies of Material s ,Sout hwest Jiaotong Univer sity ,Chengdu Sichua n 610031,China)Abstract :The ba sic str ucture ,mecha nism of elect rochromic and volt 2ampere prope rtie s of WO 3electrochro mic mate rials were de scribed in this paper.The device co nstr uction of WO 3electroc hromic thin film with va ria ble emit tance was give n out.The par tial typical WO 3mate rials with a morphous ,c rystalline and other f orm were int roduced ,and so were t he emit ta nce and it s changing scope.Keyw or ds:Elect rochromic ;Variable emittance ;WO 3;Cr ystalline ;Amo rp hous 收稿日期:2007205208;修回日期:2007205225 基金项目:四川省自然科学基金(05J Y 029209922);西南交通大学自然科学基金(5B ) 作者简介李德柱(—),男,硕士生,主要从事WO 3薄膜的研究。
隐身材料的研究现状及存在问题摘要:隐身是通过研究利用各种不同的技术手段来改变己方目标的可探测性信息特征,最大程度地降低对方探测系统发现的概率,使己方目标,己方的武器装备不被敌方的探测系统发现和探测到。
本文详细介绍了微波隐身材料、红外隐身材料、激光隐身材料和可见光隐身材料的特点和研究现状,并指出隐身技术目前存在的问题。
关键词:隐身材料,军事装备,研究现状,存在问题1. 前言在1991年海湾战争中,美空军F-117A隐身攻击机,共出动1296架次,但未损失一架。
它出动的架次只占联军出动总架次的2%,但它所击中的战略目标却占全部被联军击中的战略目标的40%。
造成这一非凡战绩的原因,除伊拉克防空系统的部署及运作上的不利以外,主要应归功于F-117A的隐身能力。
隐身技术的出现促使战场军事装备向隐身化方向发展。
由于各种新型探测系统和精确制导武器的相继问世,隐身兵器的重要性与日俱增,而隐身材料的开发和运用时隐身技术发展的关键,是隐身兵器实现隐身的基石。
隐身材料的分类方法有很多种,相应于隐身技术的分类,可分为微波隐身材料,红外隐身材料,声隐身材料,激光隐身材料,可见光隐身材料和多功能隐身材料。
2.隐身材料的研究现状2.1 微波隐身材料雷达是探测武器特别是飞行器的最可靠的方法,它是利用电磁波发现目标并测定其位置的设备。
吸收雷达波的材料称为雷达吸波材料,简称吸波材料[1]。
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他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。
该材料一般具备两个特性,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入介质内部;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。
雷达与红外兼容隐身材料的研究及进展哈恩华,黄大庆,王智勇,何 山,丁鹤雁(北京航空材料研究院,北京100095)摘要 雷达与红外兼容隐身材料在军事领域具有广阔的应用前景。
综述了对雷达与红外兼容隐身材料的研究状况及应用,详细分析了粘结剂对材料隐身性能的影响以及半导体填料对实现雷达与红外兼容隐身的可能性。
关键词 雷达与红外兼容隐身材料 粘结剂 掺杂半导体Development in Radar Absorbing Materials with Infrared CamouflageH A Enhua,HU ANG Daqing,WANG Zhiyong,HE Shan,DING Heyan(Beijing Institut e o f A eronautical M aterials,Beijing100095)Abstract R radar absorbing materials w ith infr ared camouflag e w ill hav e bro ad applicat ion pro spect in many militar y fields.I n this paper,the present research situat ion and applicatio ns o f these ty pes o f stealth mater ials ar e re v iew ed.T he effect of binder o n camouflage pr operties is ana lyzed theor etically.T he possibility o f doped semiconductor materia ls being tailor ed to radar and infr ared camo uf lag e is also discussed.Key words r adar&infr ared stealth materials,binder,doped semico nducto r0 前言随着现代军事侦察技术的发展,对隐身技术的要求也越来越高,单一频段隐身技术已远不能满足现代战争需求,未来隐身材料必须具有宽频特性。
相变微胶囊及其在红外伪装涂层中的应用邵竞尧;王文华;姜子燕;郭军红;杨保平;崔锦峰【摘要】介绍了红外隐身原理和红外伪装的概念,总结了微胶囊相变材料(MCPCM)的研究现状及其在红外伪装中的应用方式,综述了MCPCM在红外伪装涂层中的应用,指出了其在红外伪装应用中需要解决的问题.提出了提高MCPCM的相变潜热、配合其他红外伪装材料使用和寻求多频段兼容隐身将是未来MCPCM在红外伪装涂层应用的发展趋势.【期刊名称】《涂料工业》【年(卷),期】2017(047)002【总页数】6页(P81-86)【关键词】红外伪装;红外隐身;相变微胶囊;伪装涂层【作者】邵竞尧;王文华;姜子燕;郭军红;杨保平;崔锦峰【作者单位】兰州理工大学石油化工学院,甘肃省化学化工实验教学示范中心,兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃省化学化工实验教学示范中心,兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃省化学化工实验教学示范中心,兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃省化学化工实验教学示范中心,兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃省化学化工实验教学示范中心,兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃省化学化工实验教学示范中心,兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TQ637.7红外探测是依靠背景与目标温度不同所导致的热辐射差异来对目标进行搜索和判别的。
当目标与背景环境温差大于4 ℃时就可以轻易被红外探测系统所识别[1]。
军事目标的红外热特征通常较为显著,很容易被识别、监视、制导和打击。
自1967年以来,红外探测和制导技术得到了广泛有效的运用,数据显示,1967—1993年之间,击落直升机和飞机的精确制导武器有89%采用的是红外制导的方式[2]。
当今世界红外监视技术的发展对如何有效地隐藏军事人员和装备产生了深远影响[3]。
红外涂层伪装技术是一种使目标具有红外伪装能力的有效手段[4-6]。
聚苯胺红外电致变色器件研究进展
陈渊泽;牛春晖;王雷;杨明庆;张世玉;吕勇
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)5
【摘要】电致变色是材料反射、吸收等光学性质在外加电场驱动下发生稳定、可逆变化的现象,在不同波段可表现为颜色、红外发射率等变化。
红外电致变色器件(IR-ECDs)能够动态调节物体的红外光学特性,在自适应伪装、热管理等应用中受到广泛关注。
作为最有代表性的有机电致变色材料,聚苯胺(PANI)制备方法简单,电化学性能优异,在多波段电致变色领域有着巨大的潜在应用价值。
本文从电致变色器件结构出发,介绍了从可见电致变色到红外电致变色的原理和器件结构的演变,对近年来增强聚苯胺红外电致变色器件性能的策略和最新进展进行了归纳和分析,讨论了其多功能化应用的拓展方向,最后对所面临的挑战与未来的发展方向进行了总结与展望,为今后发展优异性能的IR-ECDs提供了参考,希望能够对本领域研究者有所启发,促进电致变色领域的发展。
【总页数】10页(P249-258)
【作者】陈渊泽;牛春晖;王雷;杨明庆;张世玉;吕勇
【作者单位】北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O649
【相关文献】
1.固态聚苯胺电致变色器件的制备和性能
2.全固态聚苯胺-二氧化钛电致变色器件的制备
3.三氯化铈掺杂聚苯胺电致变色器件的制备与表征
4.电沉积聚苯胺薄膜在离子液体BmimPF6中的电致变色响应及电致变色器件研究
5.用于柔性和图案化电致变色器件的二维聚苯胺的喷墨打印研究
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隐⾝材料现代隐⾝技术及材料的应⽤研究摘要:隐⾝技术与隐⾝材料在现代国防体系中具有⾮常重要的意义。
本⽂对雷达隐⾝技术和红外隐⾝技术的原理做了系统阐述,并介绍了各种雷达隐⾝材料和红外隐⾝材料的国内外研究进展,主要包括多晶铁纤维、⼿性吸波剂、导电⾼分⼦等雷达隐⾝材料以及低发射率和控制⽬标温度的红外隐⾝材料。
对智能隐⾝材料以及多功能⼀体化隐⾝材料在隐⾝材料的未来发展中的作⽤和趋势进⾏了分析。
关键词:雷达隐⾝技术,隐⾝材料,红外隐⾝技术Study morden progess of stealthy techniques and steslthy materials Abstract: stealthy techniques and materials are fairly significant for morden national defense system .The theory of radar stealthy techniques and infrared stealthy techniques are reviewed and the progress of different radar and infrared stealthy materials are also introduced, including polycrystalline ferrofiber ,chiral absorber, conductivity polymer etc. and also including low infrared emissivity materials, temperature –control materials. Intelligent stealthy materials and multifunctional tealthy materials are predicted to be the developing tendencies of tealthy materials. Key words: radar tealthy materials, infrared steakthy technique, stealthy materials 现代⽆线电技术和雷达探测系统的迅猛发展 ,极⼤推动了世界各国防御系统的搜索、跟踪、攻击⽬标的能⼒ ,传统的作战武器受到了越来越严重的威胁。
5〈制导与对抗〉红外隐身涂料发射率的影响因素研究李艳红1,陈宏书2,郑建龙2,张五龙2,胡志毅2,田少辉2(1.西安工业大学材料与化工学院,陕西西安710032;2.总后建筑工程研究所,陕西西安710032)摘要:介绍了红外隐身涂料发射率测试的原理及方法,同时,讨论了基底(基底材料和基底颜色)、涂刷次数、涂层表面粗糙度、老化时间对红外发射率值的影响,结果表明:红外隐身涂料的发射率随着基底发射率的增大、涂刷次数的增加和老化时间的延长而增大;光滑表面涂层的红外发射率要低于粗糙表面涂层的红外发射率。
关键词:红外隐身;涂层;红外发射率;影响因素中图分类号:TN214文献标识码:A文章编号:1001-8891(2008)08-0454-04Research on Influential Factors of Emissivity of Infrared C amoulflage CoatingsLI Yan-hong 1,CHEN Hong-shu 2,ZHENG Jian-long 2,ZHANG Wu-long 2,HU Zhi-yi 2,TIAN Shao-hui 2(1.School of Materials and Chemiccal Engineering,X i ’an T echnological university ,X i ’an Shaanxi 710032,China;2.A rchitectural Engineering Institute of General Logistics Department,Xi ’an Shaanxi 710032,China)Abstra ct :This paper introduced measurement theory and method for the emissivity of infrared camoulflage coating.It also discussed the influential factors of infrared spectral emissivity,including the (material and color)applied times roughness of coating surface and aging time.It was found that the emissivity of infrared camoulflage coating increases as the substrate's emissivity applied times and aging time increase.The emissiveity of smooth-faced coating infrared is less than rough coating.Key wor ds :infrared camoulflage ;coating ;infrared emissivity ;influence factors引言红外隐身就是利用屏蔽、低发射率涂料及伪装等技术降低目标的红外线辐射特性,以达到隐身目的的一种隐身技术。
红外低发射二维材料
红外低发射二维材料是一种具有较低红外发射率的二维材料,这种材料在红外波段具有较低的辐射特性,可以有效地减少红外辐射的发射,因此在红外探测、红外隐身、热成像等领域具有广泛的应用前景。
目前研究比较多的红外低发射二维材料主要有石墨烯、过渡金属硫族化合物等。
其中,石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,具有优异的电学、热学和力学性能,并且具有接近零的红外发射率,因此在红外探测和热成像等领域具有很大的应用潜力。
过渡金属硫族化合物是一类具有优异光电性能的二维材料,其红外发射率可以通过调节材料的组分和结构来调控,因此在红外隐身和热成像等领域也备受关注。
总的来说,红外低发射二维材料是一种具有广泛应用前景的新型材料,其研究和应用还在不断深入和发展中。
电致变发射率材料在红外隐身技术中的应用
Prepared on 24 November 2020 电致变发射率材料在红外隐身技术中的应用 摘要 目标的红外辐射特性主要受温度和发射率影响,因而调节目标发射率已成为红外隐身技术的重要手段。电致变发射率器件具有发射率调节范围广、变发射率速率快、稳定性好等优点,在红外隐身技术领域具有巨大的应用潜力。本文介绍了电致变发射率器件的应用机理,重点综述了WO3、聚苯胺、聚噻吩及
其衍生物三种电致变发射率材料的国内外研究进展,并总结了电致变发射率器件的实用化情况。 关键词 电致变色 可变发射率材料 WO3 聚苯胺
Applications of Electrochromic-based Variable Emissivity Materials in Infrared Stealth Technology Infrared radiation characteristics of the target are mainly controlled by emissivity and temperature, emissivity modulation has been applied as a significant method in infrared stealth technology. Electrochromic-based variable emissivity devices have presented broad potential in infrared stealth technology field due to their numerous advantages such as large emissivity modulation range, fast switching rate, and superior stability. In this paper, the applied mechanism of electrochromic-based variable emissivity device has been introduced, and the research progress of electrochromic-based variable emissivity materials, especially tungsten oxide, polyanilines and polythiophenes have been reviewed in detail. In the last part, the practical development of these devices has been concluded. Keywords: Electrochromism; Variable Emissivity Materials; Tungsten oxide; Polyaniline 1引言 近年来,随着红外探测技术的不断发展,红外隐身技术已成为地面和空中目标必不可少的隐身防护技术[1-3]。红外隐身技术是指能够将目标的红外辐射特性与背景环境相融合,降低目标红外波段可探测性的技术。通常,目标的红外辐射主要由温度和发射率所决定,目标的温度或发射率越高,其红外辐射特性越强[4]。因此,为消除目标与背景的红外特性差异,实现目标与背景间的融合,控制目标发射率对红外特性进行调节是主要的红外隐身技术措施之一[5]。目前,控制发射率的措施主要是通过选择特定的发射率材料等进行实现,属于静态的红外隐身技术,当环境背景发生变化时,目标的辐射特征可能与变化后的背景辐射不一致,使原本与背景融合较好的目标出现暴露,从而严重威胁到目标的战场生存能力[6]。 可变发射率材料是指可通过外界场(如电场、温度场等)的作用实现对发射率可控的材料,因而具备一定的与环境背景变化相适应的能力,实现目标的红外动态隐身[7]。目前,研究较多的可变发射率材料主要有热致变色类与电致变色类两种,热致变色类主要有钙钛矿掺杂锰酸盐类和二氧化钒,电致变色类主要有三氧化钨(WO3)、聚苯胺(PANI)以及聚噻吩及其衍生物等[8-10]。电致变发射率材料的应用方式为电致变发射率器件,图1为电致变发射率器件的结构示意图,当在低发射率电极层上施加电信号后,变发射率材料层会产生相应的发射率调节。与热致变色类相比,由于施加的电信号简单连续可控,从而可实现变发射率材料的发射率连续调节,另外电致变发射率材料的发射率调节范围可达到~,远高于热致变色类,因此电致变发射率器件已成为目前红外动态隐身技术的研究热点,美军也期望在下一代隐形飞机上采用这种红外动态隐身技术。此外,在航天器热控上,电致变发射率器件也具有非常广阔的应用前景[11]。 图1 电致变发射率器件的结构示意图 本文首先从电致变发射率器件的应用原理出发,着重论述了电致变发射率材料的研究现状,并分析了该类材料在红外隐身领域的应用前景以及所面临的问题。 2电致变发射率器件的应用原理 电致变发射率材料是指材料的发射率特性能够在外加电位作用下发生可逆、稳定变化的一类材料[12,13]。电致变发射率材料的应用方式为电致变发射率器件,主要由七层材料组成,如图1所示,其核心功能层为电致变发射率材料层,用于控制发射率的变化范围,与传统的透过型电致变色器件不同,由于目标红外辐射特性受表面状态影响较大,为保证发射率调节作用,电致变发射率材料层应处于器件表层;电极层主要用于承载与传导,兼具一定的调节发射率范围作用,另外为确保电致变发射率材料发生的氧化还原反应,电极层需能够透过注入与抽出材料的离子,因此电极层应具有疏松多孔的结构;电解质层则主要为氧化还原反应过程提供掺杂离子;对电极层则用于接受变色过程中反向传输的载流子,以提高器件的使用寿命;表面的辐射透过层主要用于保护电致变发射率材料。以聚苯胺(PANI)作为电致变发射率材料层为例,当外界施加正电压信号后,电解层中的负离子注入PANI主链中使其发生氧化,形成单极化子和双极化子,造成带隙降低,吸收光谱发生红移,同时也伴随着PANI发射率的变化[14]。 由基尔霍夫定律以及吸收反射透过定律可知,一般材料的发射率与对应的吸收率相等,吸收率、反射率、透过率之和为一,材料在具有高的发射率的同时会表现出较低的反射率和透过率,反之亦然[4]。对应用于红外隐身技术的变 发射率材料而言,当发射率降低时具有较高的反射率能够显着降低目标的红外辐射,与高发射率状态结合,实现对目标的红外辐射特性大的调节。 虽然电致变发射率材料能够改变自身的发射率特性,但大量的研究发现,目前常用的几种电致变发射率材料如三氧化钨、聚苯胺等在处于低发射率状态时,亦具有较高的红外透过率而不是较高的反射率,从而能够透射出内部电极层的红外辐射特性,当内部电极层具有较高的发射率时,电致变发射率材料无论处于高或低发射率状态时,相应的器件均表现出高的发射率状态,无法对目标实现红外辐射特性调节[15]。因此,内部电极层需具有较低的发射率和高的反射率,通常选用的基底电极层为多孔金电极。总体而言,当电致变发射率材料处于高发射率状态时,器件处于高吸收高发射状态,而当材料处于低发射率状态时,器件主要显示出内部电极层的低发射高反射状态,实现对目标红外辐射特性的调节。 3电致变发射率材料 电致变发射率材料作为电致变发射率器件的核心功能层,主要分为无机和有机两类。目前无机类研究较多的是三氧化钨(WO3),有机类主要是导电高分
子材料,包括聚苯胺(PANI),聚噻吩及其衍生物等。 三氧化钨(WO3) WO3是最早发现也是研究最为广泛的电致变发射率材料,其不仅具有良好的变发射率性能,同时也表现出优异的可见光变色能力[16]。因此,基于WO3的
电致变发射率器件可以同时通过控制自身发射率变化以及外界辐射如太阳光的反射来影响目标的红外辐射特性,实现目标的红外隐身效能。 国外大量的研究机构进行了WO3电致变发射率器件的研究和实用化工作,
其中最具代表性的属于美国的Eclipse Energy Systems公司开发的EclipseVEDTM系列产品[17]。EclipseVEDTM电致变发射率器件的能耗仅为cm2,重量5g/cm2,在8μm处的最大发射率变化达到,器件具有良好的稳定性,能够与武器装备实现有效的结合。图2为相关产品的变发射率曲线以及光学红外图片,可以看到器件具有明显的红外辐射调控性能,当WO3处于低发射率态时,器件的红外辐
射强度要远低于高发射态器件[18]。 图2 EclipseVEDTM的变发射率曲线和光学红外照片 国内虽然有较多课题组进行WO3薄膜的制备以及电致变色性能研究,但主
要集中于可见光波段,应用背景也是智能窗等民用领域,对其变发射率性能研究少之又少[19]。哈尔滨工业大学的Yao Li等通过模版法合成了纳米有序的WO3薄膜,实现了薄膜的近红外电致变色性能的提高[20]。解放军电子工程学院
的路远等人通过磁控溅射的方法制备了发射率变化范围为左右的WO3薄膜[21]。目前,国内和国外在WO3变发射率研究上还具有非常大的差距,虽然WO3具
有变发射率范围高、耐候性好等优点,但其制备工艺复杂、成本高、变发射率速率慢的缺点仍然制约着其发展。 聚苯胺(PANI) 聚苯胺具有发射率变化范围广、变化速度快、材料价格低廉、制备简单且寿命长等优点成为目前研究最为广泛的电致变发射率导电聚合物之一,其分子结构式为: y值的大小表示聚苯胺的氧化还原程度,当y=0时,聚苯胺处于完全的还原态,其发射率处于较低状态,当y=1时,聚苯胺处于完全的氧化态,具有较