手征隱身材料

手征隱身材料是指利用一個(gè)物體不論是通過平移或旋轉(zhuǎn)都不能與其鏡像重合的性質(zhì)制造的材料。研究表明, 手征隱身材料能夠減少入射電磁波的反射并能夠吸收電磁波。用于微波波段的手征隱身材料都是人造的?，F(xiàn)在研究的手征吸波材料是在基體中摻雜手征結(jié)構(gòu)物質(zhì)形成的手征復(fù)合材料。

隱身材料是隱身技術(shù)的重要組成部分，在裝備外形不能改變的前提下，隱身材料(stealth material)是實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。武器系統(tǒng)采用隱身材料可以降低被探測率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得最直接的軍事效益。因此隱身材料的發(fā)展及其在飛機(jī)、主戰(zhàn)坦克、艦船、箭彈上應(yīng)用，將成為國防高技術(shù)的重要組成部分。

航空紅外隱身材料技術(shù)研究和應(yīng)用較多的是低紅外發(fā)射率材料、控溫材料等。近年來，紅外、厘米波兼容多頻譜隱身材料、智能型紅外隱身材料也成為研究的熱點(diǎn)。

紅外隱身材料涂料

低發(fā)射率材料通過調(diào)節(jié)目標(biāo)表面發(fā)射率來控制紅外輻射強(qiáng)度，材料形式以涂料為主，是紅外隱身材料最主要的研究領(lǐng)域。低紅外發(fā)射率涂料能降低目標(biāo)自身的熱輻射，同時(shí)具有使用方便、施工工藝簡單等特點(diǎn)。

低紅外發(fā)射率涂料主要由紅外低輻射填料和低吸收或透明粘接劑兩部分組成。

1)紅外低輻射填料

低輻射填料是低紅外發(fā)射率涂料的主要組成部分。填料的組成、尺寸形貌以及在涂層中的分散狀態(tài)等都會直接影響低紅外發(fā)射率涂料的輻射性能。

不透明體的反射率越高，發(fā)射率越低。因此，有較高反射率的金屬填料是比較好的紅外低輻射填料，如Al粉、Cu粉、Fe粉、zn粉等。石墨紅外吸收率高，發(fā)射率也高；一些金屬氧化物發(fā)射率較高；另一些則具有較高的紅外透過率，它們對涂料的熱紅外隱身性能不會有負(fù)面影響。燦粉性能優(yōu)良、價(jià)廉易得，成為金屬填料的主要研究對象，其中包括燦粉的形態(tài)、粒徑、在涂層中的含量等對低紅外發(fā)射率涂層性能的影響。

2)紅外低吸收或透明粘結(jié)劑

粘結(jié)劑一般對吸波涂層的電性能的影響很小，但對涂層紅外輻射性能卻有較大影響。曾有文獻(xiàn)指出，紅外隱身涂層在熱紅外波段的吸收能力至少有60%取決于粘結(jié)劑。

紅外隱身材料薄膜

低發(fā)射率薄膜是另一類有發(fā)展前景的紅外隱身材料，是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。這類材料按結(jié)構(gòu)可分為金屬膜、摻雜半導(dǎo)體膜、電介質(zhì)/金屬多層復(fù)合膜等。

低紅外發(fā)射率薄膜的制備方法很多，主要方法包括溶膠一凝膠法、化學(xué)氣相沉積法、真空蒸鍍法和濺射法等。溶膠一凝膠法主要是通過噴涂或浸涂的方法將待鍍材料的溶液，均勻地涂覆于加熱的襯底上，使噴涂或浸涂上的溶液發(fā)生水解反應(yīng)，從而形成薄膜；化學(xué)氣相沉積法是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光乃至激光等能源，借助氣相作用在基片表面的化學(xué)反應(yīng)(熱分解或化學(xué)合成)生成要求的薄膜；真空蒸鍍法是在真空室中，通過電阻蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、高頻感應(yīng)蒸發(fā)等手段蒸發(fā)待形成薄膜的材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸汽流至襯底表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法；濺射法則是在真空室中，充以惰性氣體，利用高頻、高壓電場作用產(chǎn)生高能量離子流轟擊靶材，使得靶材表面原子或原子團(tuán)逸出，然后在襯底的表面形成膜層，主要有直流、射頻、磁控等方法，其中磁控濺射法是制備金屬薄膜、摻雜半導(dǎo)體薄膜常用的方法。

紅外隱身材料控溫材料

紅外輻射強(qiáng)度與物體表面溫度的四次方成正比，對溫度變化更加敏感，控溫材料即是通過控制材料表面溫度來調(diào)節(jié)其紅外輻射強(qiáng)度。研究的控溫材料包括各種隔熱材料、有源制冷材料和相變材料等。

隔熱材料在紅外隱身領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，如針對目標(biāo)的強(qiáng)熱源部位的輻射抑制等。

有源制冷材料和相變材料在紅外隱身領(lǐng)域的研究起步較晚，大致十來年的時(shí)間，其中有源制冷材料采用半導(dǎo)體制冷機(jī)理，具有較高的輻射控制效率，但帶來功率負(fù)荷增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量增重以及多頻譜兼容困難等問題，使其應(yīng)用范圍受到一定限制。相變控溫材料是一類展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景的紅外隱身材料，具有應(yīng)用方便、形式多樣、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，例如美國采用微膠囊技術(shù)包覆脂肪烴，來降低目標(biāo)紅外可探測性。

紅外隱身材料智能型材料

智能紅外隱身材料即主動式紅外隱身材料，代表了隱身材料技術(shù)研究的最先進(jìn)方向。它是一種具有感知功能、信息處理功能、自我指令并對信號做出最佳響應(yīng)功能的材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。材料由低發(fā)射率向可變發(fā)射率(自適應(yīng)材料體系)方向發(fā)展；由單純控發(fā)射率向控發(fā)射率/控溫結(jié)合的方向發(fā)展。 2100433B

控制紅外隱身材料的發(fā)射率主要用涂料和薄膜。涂料一般是采用具有較低發(fā)射率的涂料，以降低目標(biāo)的紅外輻射能量，且涂料還應(yīng)具有較低的太陽能吸收率和一定隔熱能力，以避目標(biāo)表面吸熱升溫，并防止目標(biāo)有過多熱紅外波段能量輻射出去。涂料通常由顏料和膠黏劑配制而成。

紅外隱身材料顏料

顏料是影響紅外隱身涂料性能的基本因素之一，其選用應(yīng)符合以下要求：

(1)在紅外波段有較低的發(fā)射率。

(2)在近紅外波段具有較低的吸收率。

(3)能與雷達(dá)、可見光和近紅外等波段的隱身要求兼容。

用于紅外隱身涂料配方中的顏料大致可分為金屬顏料、著色顏料和半導(dǎo)體顏料。

紅外隱身材料膠黏劑

膠黏劑是影響紅外隱身涂料性能的另一個(gè)基本因素，其選用應(yīng)符合以下要求：

(1)可保護(hù)顏料并在涂層的整個(gè)使用期內(nèi)保持其紅外特性不變。

(2)在所選光譜范圍紅外透明。在紅外隱身涂料配方中使用的膠黏劑包括有機(jī)膠黏劑和無機(jī)膠黏劑，以有機(jī)膠黏劑使用最為廣泛。

紅外隱身材料其他影響因素

1)涂層厚度

涂層厚度對輻射帶強(qiáng)度和譜帶分辨率有很大影響。在常溫下涂料的紅外輻射性能主要取決于約35～40 um厚的表面層。當(dāng)涂層厚度小于此值時(shí)，發(fā)射率與基體的性質(zhì)和粗糙度有關(guān)；當(dāng)涂層厚度大于160～170um時(shí)，涂層厚度對其輻射性能無影響。

2)涂覆工藝

涂覆工藝直接影響涂層的表面微結(jié)構(gòu)形態(tài)和取向。測試結(jié)果表明，涂刷操作的不同就可使同配方涂層的發(fā)射率和反射率出現(xiàn)10%的偏差。刷涂的樣品比用噴槍噴涂的樣品發(fā)射率低，且物理性能更好；表面光滑的樣品比表面粗糙的樣品發(fā)射率低。從降低￡值考慮，涂層表面越光滑，￡值越低，但光滑表面對太陽輻射呈鏡面反射，使目標(biāo)在某一方位的輻射能量增加，造成目標(biāo)被探測到的可能性增大。因此，當(dāng)考慮目標(biāo)對環(huán)境輻射能量的反射時(shí)，涂層表面應(yīng)有一定的粗糙度，使之呈漫反射。

3)襯底

紅外隱身涂料總要被涂敷在某一襯底(或載體)上使用，通過對銅、鋁、鐵、白金、溴化鉀和玻璃在300℃下的輻射光譜可看出，大部分金屬都有較低的比輻射率，而溴化鉀和玻璃在低波數(shù)區(qū)有較高的比輻射率。因此，對涂料來講，金屬是非常好的載體，尤其是白金。即使在很高的溫度下，也有極低的反應(yīng)活性。資料表明，拋光的金屬具有更低的發(fā)射率和更高的反射率，但拋光的金屬表面黏附性不好，在進(jìn)行涂敷時(shí)，除了應(yīng)進(jìn)行一般的除油處理外，還應(yīng)進(jìn)行表面磷酸化處理或陽極化處理，使之表面形成一層氧化層，從而增加其黏附性。同時(shí)，新形成的氧化膜對涂敷在其上面的涂料的紅外輻射性能又形成新的影響，這方面的內(nèi)容有待于進(jìn)一步研究。