高分子材料在军事隐身领域的应用_导电高分子军事隐身

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学院：材料与化工学院 专业：高分子材料与工程 班级：090306 学号：090306116 姓名: 杨小磊

2012-4-3

高分子材料在军事隐身领域的应用

高分子材料在军事隐身领域的应用

杨小磊

（西安工业大学材化学院；陕西西安 ；710021）

摘要：在这篇论文中我提及了少数的几种主流材料在军事隐身技术中的应用，主要论述了导电高分子材料和智能高分子材料在军事隐身领域的应用，以及国内外的发展水平和各种材料的发展前景。

关键词：军事 隐身 发展 应用

The application of polymer materials in the field of military stealth

Yang xiaolei(School of Chemistry Engineering＆Material, Xi＇an Technological University，Xi＇

an 710021，China)

Abstract:In this paper, I mentioned a few of several mainstream materials in military stealth technology, and discued the conductive polymer materials and intelligent polymer materials in the field of military stealth applications, as well as the level of development at home and abroad and prospects for the development of the material.综述

随着军用探测技术的迅猛发展，军事目标面临着各种雷达探测系统、红外探测系统以及光学探测系统的威胁，由于探测系统的日趋精确和导弹技术的飞速发展，使目标几乎处于“被发现即等于被命中摧毁”的程度，因此，提高军事目标的生存能力，降低被探测和发现的概率，对于现代战争来说，具有十分重要的意义【1】。隐身技术成为了提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电、磁六维一体的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【2】。例如

B-2隐身轰炸机(美国诺斯普罗公司)大量采用石墨碳纤维材料、锯齿状雷达散射结构、蜂窝状雷达吸波结构、雷达吸波材料涂层，并采用了新型的飞翼气动外形，没有平尾、翼身融合技术，以求达到最佳隐身效果【3】。现有的隐形材料有很多种类，也各有其长处和缺点，在这篇论文中作者对各种材料的优缺点进行了比较和罗列，可以给隐身材料的设计者提供有价值的、真实的、具有说服力的、来源可靠的数据，如果真的能达到这个目的，那么无论我的最终成绩是什么，我都是成功的。

一、纳米吸波材料

现代化战争对吸波材料的吸波性能要求越来越高，一般传统的吸波材料很难满足需要。由于结构和组成的特殊性，使得纳米吸波涂料成为隐身技术的新亮点。纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，一般是由尺寸在1—100 nm的物质组成的微粉体系【4】。

纳米薄膜或纳米多层膜具有优异电磁性能，做成纳米结构的微米粉作吸收剂，具有频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄等特点，是一种有发展前途的雷达吸波材料，适合于隐身材料带优化设计。纳米吸波材料对电磁波特别是高频电磁波具有优良的吸收性能。美、俄、法、德、日等国都把纳米吸波材料作为新一代雷达吸波材料进行探索与研究。美国已研制出一种称作“超黑粉”的纳米吸波材料，其对雷达波的吸收率高达99％，而且目前正在研究覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料。法国最近研制成功一种宽频吸波涂层，它由粘结剂和纳米级微屑填充材料构成。纳米级微屑由超薄不定型磁性薄层及绝缘层堆叠而成，磁性层厚度为3 nm，绝缘层厚度为5 nm【5】。

虽然目前已经取得了不少的研究成果，但是这种技术还不成熟，所以并没有被广泛的应用在实战中，但是纳米吸波材料也会成为未来战斗机的主流隐身材料。

二、等离子体隐身技术

等离子体是气体在某种外在因素的激发下，电离生成密度近似相等的自由电子、正离子和少量负离子而形成的第四态物质。理论研究和实验结果表明，等离子体对雷达波具有十分显著的吸收、耗散效果。

其优点是吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜而且不影响飞行器的飞行性能，由于没有吸波材料和涂层，也大大降低了维护费用。此外，俄罗斯进行的风洞试验表明，利用等离子体隐身技术还可以减少飞行器的飞行阻力30%以上【6】。

但是这种技术也有其缺点，因为这是一项十分复杂的系统工程，包括大气等离子体技术、电磁理论与工程、空气动力学、机械与电气工程等学科，研究此项技术必须首先做好各学科之间的交叉、配合的研究。所需电源功率很高，设备庞大，不容易在战斗机或轰炸机上安装。而且需要较多的人力、物力、财力投入，适合国家相关机构进行研究与开发，个人是不可能承受这些代价的。轩辕杨杰整理上传

三、填充型导电高分子材料

1977年日本化学家Shirakawa和美国化学家MacDiarmid、物理学家Her ger发现掺杂的聚乙炔膜具有金属导电性，其电导率可以达到金属级别，从此高分子被认为是绝缘体的传统观念被打破了。随后，科学家相继发现具有共扼结构的聚毗咯、聚苯胺和聚苯硫醚等经过掺杂后其电导率均可达到半导体或者金属导体水平。最重要的是这些材料具有微波吸收性能，可以用来制备雷达吸波材料【7】，这一发现引起了研究人员的极大兴趣。

如今随着导电高分子本身问题的不断解决和相关材料、技术的不断发展，导电高分子在雷达吸波材料领域中的优势将越来越明显，未来主要的发展方向是通过与具有磁损耗特性的材料或纳米超微粒子复合，制备出兼具电损耗和磁损耗特性或并集纳米材料特殊效应于一身的复合吸波材料，同时利用导电高分子的成纤特性与凯芙拉纤维等增强基体材料混编来达到雷达吸波材料向“ 薄、轻、宽、强”方向发展的要求【8】。

总之，填充型导电高分子在雷达吸波材料领域将大有可为。

四、智能高分子材料

相对于目标而言，背景是十分复杂并且不断变化的，所以使用一成不变的隐身技术手段很难真正达到良好的隐身效果，20世纪80年

代末，美国和日本科学家首先提出了智能材料的概念，智能材料是一种能从自身表层或内部获取关于环境条件及其变化信息，进行判断、处理和反应，以改变自身结构与功能并使其很好的与外界协调，具有自适应的材料系统，在武器装备隐身化和新军事变革的大背景下，智能隐身得到的各国的高度重视。

智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料，它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能、自动调节自身电磁特性功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料的系统，而且具有通讯、隐身、电子对抗、火控等功能，可以部分或全部替代原来离散的电子设备，增加功能，减轻质量，提高生存能力。

区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计，智能隐身材料为隐身技术的发展和设计提供了崭新的思路，是隐身技术发展的必然趋势，因为高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向。智能隐身材料主要包含对雷达波智能隐身材料、红外波智能隐身材料和可见光智能隐身材料，因为是未来的重要发展方向，所以在这里详细分析。雷达波智能隐身材料

雷达是迄今为止最为主要和有效的远程电子探测设备，随着雷达技术的改进和发展，现代雷达对各种军用目标构成了致命的威胁，雷达波隐身仍然是目前隐身技术发展的重点，雷达波智能隐身是雷达波

隐身发展的一个重要方向。对于目标言，可能同时面临着多部雷达的探测和威胁，面对这种局面，材料单一化的被动隐身已经越来越不能适应现代战争的要求，有些国家对雷达波智能隐身的研究已经取得了一定的成果。据报道，用智能纤维增强的一种导电聚合物作为隐身的结构材料在雷达波智能隐身中得到了应用，不仅降低了雷达散射的截面，同时还把飞机隐身材料的质量减轻了50％，并且对声波也具有良好的隐身效果。雷达波智能隐身的一大热点是动态适应雷达吸波材料Mo(dynamically adaptive radar—absorb—ing materials，缩写为DARAM)，该种材料能够感应人射的电磁波，实时调节材料的电磁参数，使材料吸收峰处在入射波电磁频谱，以对特定频率电磁波的强吸收。英国谢菲尔德大学研制的一种成分PANi．HBF。PEO(poly—ethylene-oxide)，银(12％，质量分数)和AgBF4(12％，质量分数)的导电聚合物，对于含40％PANi．HBF。的导电聚合物，该导电聚合物能够作为动态自适应雷达吸波材料，其本质在于对其施加电压后其电磁参数可以调节，其原理是一旦对导电聚合物施加电压后会发生如下反应：PANi．HBF。+Ag与PANi．Ho+AgBF。，其中左边易导电，右边不易导电，施加电场后向易导电的方向发展。

通过施加电压不同，调节了导电聚合物的电磁参数，从而能够使电磁波在聚合物内的波长发生改变，达到对雷达实现智能隐身的目的。

2.红外智能隐身材料

随着红外探测技术的不断进步以及背景环境的快速变化，传统意

义的红外伪装即单一被动抑制目标红外辐射、改变辐射特性已经越来越不能适应现代战场的要求，对红外隐身材料的研究也在不断发展，尤其是在动态红外智能隐身材料

研究方面。1995年，P．Chandrasekhar对导电高分子电致变色材料的红外发射性能进行研究，发现在中远红外宽频范围(0．41xm～45txm)具有可控的红外发射率变化(0．3—0．7)以适应背景的红外发射率，实现动态红外伪装。对舰船、坦克、车辆等武器装备在不同环境下的伪装要求，采用导电高分子电致变色涂层(聚苯胺／聚二苯胺涂层)，利用其红外发射率不同而达到夜间或白天红外伪装的目的，此种材料还可使武器装备表面涂层呈现不同的可见光迷彩伪装效果。为了调节目标表面温度变化范围，可以采用虑大热惯量材料，其中相变材料是其中一种很有发展前途的材料，相变材料是在某一温度发生相变时，吸收热量，因而达到蓄热调温的作用，使物体表面温度下降，辐射率减小，达到红外隐身的效果，而且此过程是可逆的，Mckinney等将相变高分子材料(主要是链烷烃和某些塑性晶体如2，2二甲基一1，3丙二醇(DMP)、2烃甲基-2一甲基一1，3丙二醇(HMP))用无机或有机高分子材料进行包覆制成微胶囊，再将这种微胶囊作为填料加入到涂料中，或者加入到树脂中挤压形成纤维，将涂料或织物覆盖于物体表面，当温度升高时，相变高分子材料发生相变吸热，塑性晶体分子结构发生变化吸热，降低表面温度，温度降低时，相变高分子材料发生相变放热，升高表面温度，利用高相变热储材料的可逆过程，达到红外伪装的目的。

当然在具体应用时，还应该考虑隐身材料所应用目标的温度和环境因素等来动态调节物体表面温度。虽然这种高分子材料还未见应用于红外智能隐身材料的报道，不过从材料特性看，这种高分子材料具有未来应用于红外智能隐身的潜力。具有良好的应用前景。3.可见光智能隐身材料

为了提高目标在可见光背景下的伪装能力，有些国家致力于伪装材料在可见光背景下的环境自适应技术研究，其中电致、光致变色高分子材料成为可见光智能隐身的一个重要研究方向。据报道，美国空军研究了一种导电聚苯胺复合材料，可用于调节飞机蒙皮的亮度和颜色，它是通过安装在飞机各个侧面的可见光传感器控制它的光电等特性，在不加电时，它是透光的，在加电时，可同时改变亮度和颜色，使用这种蒙皮的飞机，在飞行中从上往下看，它的上部颜色与它下面地表的主体颜色相近，从下往上看，它的底部颜色与太空背景一致，而且蒙皮加电时，能够散射雷达波，使跟踪雷达的探测距离缩短一半以上。

美国佛罗里达大学研制出一种电致变色聚合物材料，将这种材料制成薄板覆盖在目标表面，板在加电时能发光并改变颜色，在不同电压的控制下会发出蓝、灰、白等不同颜色的光，必要时还可产生深浅不同的色调，以便与太空的色调

相一致，能够消除目标与背景的色差，达到可见光隐身的效果【9】。

五、发展前景

现代攻击武器的发展，特别是精确打击武器的出现，使武器装备的生存力受到了极大的威胁，单纯依靠加强武器的防护能力已不实际。采用隐身技术，使敌方的探测、制导、侦察系统失去功效，从而尽可能地隐蔽自己，掌握战场的主动权。抢先发现并消灭敌人，已成为现代武器防护的重要发展方向。隐身技术的最有效手段是采用隐身材料。国外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，如美国M1A1坦克上采用了雷达波和红外波隐身材料，前苏联T－80坦克也涂敷了隐身材料。

隐身材料有毫米波结构吸波材料、毫米波橡胶吸波材料和多功能吸波涂料等，它们不仅能够降低毫米波雷达和毫米波制导系统的发现、跟踪和命中的概率，而且能够兼容可见光、近红外伪装和中远红外热迷彩的效果。

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；国内毫米波隐身材料的研究起步于80年代中期，研究单位主要集中在兵器系统。经过多年的努力，预研工作取得了较

大进展，该项技术可用于各类地面武器系统的伪装和隐身，如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克。

目前，世界上正在研制的第四代超音速歼击机，其机体结构采用复合材料、翼身融合体和吸波涂层，使其真正具有了隐身功能，而电磁波吸收型涂料、电磁屏蔽型涂料已开始在隐身飞机上涂装；美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用轻质、宽频带吸收、热稳定性好的隐身材料。可以预见，隐身技术的研究和应用已成为世界各国国防技术中最重要的课题之一。

六、结语

随着材料科学的发展，隐身材料从以前的单一隐身朝着全波段隐身的方向发展，而且兼具机械性能、经济实用。无论是纳米吸波材料还是采用等离子或其他隐身技术，智能隐身材料将会是未来隐身技术的重要发展方向，从相关研究可以看出，利用其导电、颜色、温度等方面的可控性，高分子材料在智能隐身方面已经得到了很好的应用，可以预计，高分子材料在智能隐身技术领域将有非常好的发展前景，而且，利用其电磁特性或温度可调控的特点，全波段兼容智能隐身也已经成为高分子材料智能隐身的下一个发展趋势。

参考文献：

[1]于海涛,庄焱 ,庄海燕.高分子材料在智能隐身技术中的应用.2008.9.1-5 [2]郭洪范,朱红,林海燕, 张积桥.导电高分子在雷达吸波材料中的应用研究进展。2007.10.1-4 [3]佚名.隐身技术概述.8-24 [4]焦桓.罗发.周万城纳米吸波材料研究与发展趋势.2009.3.1-3 [5]焦桓.罗发.周万城纳米吸波材料研究与发展趋势.2009.3.2-3 [6]佚名.隐身技术概述.19-24 [7]孙业斌,张新民.填充型导电高分子材料的研究进展.2009.7.1-6 [8]郭洪范,朱红,林海燕,张积桥.导电高分子在雷达吸波材料中的应用研究进展.2007.10.3-4 [9]于海涛,庄焱 ,庄海燕.高分子材料在智能隐身技术中的应用.2008.9