本文目录一览:
什么是隐形材料?
设想一下有一件看不见的斗篷,就像哈利·波特从他父亲那儿继承来的那件一样,穿上后就能神奇地隐身!再设想一下海边有一个炼油厂,可是你却看不见它,一点不影响海边的美丽风景!你认为这是天方夜谭?英国和美国的研究人员却说,现在可以做到这一点了。
特殊人造材料是隐形关键
制作隐形服装的关键是一种特殊的人造材料,它既非自然界中的材料,也并非来自哈利·波特的魔法学校。英美研究人员发明的材料,是用来控制光线及物体周围其他的电磁射线,让这些光线和射线给人“隐身”的感觉,就像是隐藏在太空的黑洞里一样。
美国宾夕法尼亚大学的电子与系统工程教授纳达尔·恩格赫塔说:“这是一种非常有趣的科学,也是一种非常有趣的创意,得到了数学和物理学伟大的基础支持。”事实上,恩格赫塔正在用一种被称为元材料(metamaterials)的新奇材料,研制隐形服。英国物理学家彭德利和同事也使用元材料,它能让电磁射线比如无线电波或可见光等,向任何方向折射。
用这种材料制成的外衣,既不反射光线也不投射阴影。就像一条小河沿着一块平滑的大石头流淌一样,光线和电磁射线,照射到斗篷上后就顺着衣服“流走”了,就好像从未碰到障碍物一样。旁人无法在衣服上看到光线,一切就这样消失了。
美国东北大学的物理学家、切尔顿微波公司的设计工程师帕坦加利·帕里米说:“是的,如果有人穿上用这种材料制作的斗篷,他就能隐身。”
需要克服四大技术难关
这种隐形斗篷目前还不存在,但彭德利说,18个月内就能研制出这种特殊人造材料,并很快造出隐形斗篷。
哈利·波特穿着隐身斗篷,可以神不知鬼不觉地在魔法学校飞来飞去,不过彭德利认为,现实生活中的这种技术与哈利·波特的斗篷不一样,它不能被穿在身上。他说:“在现实中,叫它斗篷其实是用词不当,称其为‘防护罩’应该更合适。”
当然,开发隐形技术并不像小说《哈利·波特》般富有传奇色彩,科学家需要解决四大科学难题:
1.为达到完全隐形的效果,通过离被隐形物体最近的光波,必须以超过相对论的“光速极限”(注:在爱因斯坦的相对论中,光速无法被超越。)的方式偏转。幸运的是,爱因斯坦的理论允许平滑光脉冲经历这样的转变。
2、隐形效果只对特殊范围的波长有作用,只能在非常小的频率范围内发挥效果。
3、防护罩可用于覆盖任何形状的物体,但不能飘动。移动的物体会破坏隐形效果。
4、研制出针对雷达的隐形材料还相对容易,其内部结构用毫米计算即可。但要研制出针对视觉的隐形材料,则难度很大,其结构必须是纳米(注:十亿分之一米)级别的。此外,科学家还要考虑使潜艇和军舰等更重更大的物体隐形。
军民两用前景广阔
隐形技术在军用和民用方面的前景很广阔。例如,可研制一种容器遮蔽核磁共振扫描仪干扰;可建隐形罩以避免障碍物阻挡手机信号;甚至可在炼油厂上建一个隐形罩,使它不影响海边的美丽风景。医生手术所戴的手套使用“隐形”技术,医生动手术的手就会变得“透明”,不会挡住需要手术的部位。飞机驾驶舱的底部“穿”上“隐形衣”,飞机着陆时,驾驶员就能很清楚地看到地面跑道的情况,着陆时就更安全。
科学技术的不断发展使得各种可探测技术、隐形材料层出不穷,以往只能在科幻小说里见到的隐形兵器、隐形人,而今已悄然走出实验室,出现在信息化战场上。尤其伴随隐形飞行器、隐形战斗车辆、隐形舰艇、隐形弹药的出现,单兵隐形技术也从实验室走上了战火纷飞的阵地。
隐形技术并非让人从人间蒸发,而是利用光学原理、电磁原理,使自己在敌人的视觉、光学侦察器材、红外侦察器材前不可见,或与环境融合而不可辨。
随着隐形技术和隐形装备的不断发展,身着隐形衣的作战人员涌向未来战场,必将给传统的侦察设备带来全新挑战,同时,也必将推动隐形与反隐形对抗技术的加速发展。
参考资料
各种隐形衣
反可见光侦察隐形衣。它印有与大自然主色调一致的6种颜色构成的变形图案。这些图案是经过计算机对大量丛林、沙漠、岩石等复杂环境进行统计分析后模拟出来的。它可使着装者的轮廓产生变形,其细碎的图案与周围环境完全融合,即使目标在运动也不易被发现。
反红外侦察隐形衣。它由精选的6种颜色作为染料,并掺进特殊化学物质后制成。该隐形衣与周围自然景物反射的红外光波大致相似,颜色效果更接近大自然的色彩环境,以此迷惑敌人的视觉和干扰红外侦察器材。
变色隐形衣。它是一种由光敏变色物质处理过的化纤布制成的作战服,也可用光敏染料染在普通布料上制成。不论是在绿色的丛林、黄色的沙滩、蓝色的海洋还是白雪皑皑的原野,隐形衣都会根据周围环境的变化而自动改变颜色,着装者能够很容易地接近袭击目标,而不易暴露自己。
视而不见的透明服。日本东京大学工程学教授田智晋也研发出一种神奇的“透明服”,可以从人前看到人后的一切,从而达到“视而不见”的隐形效果。其原理是利用透明服后的摄像机,把影像传送并映射到前面具有反光功能的衣服表面,使人能看到着装者背后的影像,如同着装人是“透明”的。
隐形帐篷。除研制、装备各种隐形衣外,国外还在研制用于集体防护的隐形帐篷。它用特殊材料制成,顶部和围墙采用隐形材料,支架和固定体采用塑料或复合材料,外型类似一个平台。它能有效地防敌雷达探测,保护作战人员免受弹片和轻武器杀伤,并且具有防光辐射、放射性沾染和化学武器的功能。
隐身材料是什么
隐身材料是实现武器隐身的物质基础。武器装 备如飞机、舰船、导弹等使用隐身材料后,可大大减小自身的信号特征,提高生存能力。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。声隐身材料包 括消声材料,隔声材料,吸声材料及消声、隔声、吸声的复合体。主要用于新一代潜艇。雷达隐身材料能吸收雷 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。另外,一些由硅、碳、硼、玻璃纤维,以及某些陶瓷与有机聚 合物构成的复合材料,有很高的机械强度,可用于制作部分结构件,如飞机蒙皮、雷达天线罩等,同时又具有隐身 功能,这类材料称为隐身结构材料。红外隐射材料主要用于车辆、舰艇、军用飞机及其他军用设施,使这些装 备和设施的红外辐射与背景基本达到一致,敌人的红外探测器难以分辨。用铝粉及含有二价铁离子的材料作为 填充料,加到能透过红外线的粘结剂中,可构成红外隐身涂料。可见光隐身材料通常由铝粉、多属氧化物粉和有 机物复合而成,或由掺杂的半导体材料构成,可形成与背景颜色相匹配的迷彩图案,满足可见光隐身的要求。激 光隐身材料用来对抗激光制导武器、激光雷达和激光测距机,要求这些材料对激光的反射率低可吸收率高。对 隐身材料来说,对某种探测手段的隐身性能好,往往对另一种探测手段的隐身性能就不好。例如,对激光探测的 隐身性能好,对红外探测就不能隐身。这就是隐身材料的相容性问题。为解决这一问题,研制了兼容型隐身材 料,如雷达波、红外兼容隐身材料,红外、激光兼容隐身材料,雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料等。 这是当前隐身材料的发展方向。
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。这里便着重介绍几类重要的隐身材料。 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。
结构型雷达吸波材料
结构型雷达吸波材料是一种多功能复合材料,它既能承载作结构件,具备复合材料质轻、高强的优点,又能较好地吸收或透过电磁波,已成为当前隐身材料重要的发展方向。
国外的一些军机和导弹均采用了结构型RAM,如SRAM导弹的水平安定面,A-12机身边缘、机翼前缘和升降副翼,F-111飞机整流罩,B-1B和美英联合研制的鹞-Ⅱ飞机的进气道,以及日本三菱重工研制的空舰弹ASM-1和地舰弹SSM-1的弹翼等均采用了结构型RAM。近年来,复合材料的高速发展为结构吸波材料的研制提供了保障。新型热塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)、PPS(聚苯硫醚)以及热固性的环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和异氰酸酯等都具有比较好的介电性能,由它们制成的复合材料具有较好的雷达传输和透射性。采用的纤维包括有良好介电透射性的石英纤维、电磁波透射率高的聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维、陶瓷纤维,以及玻纤、聚酰胺纤维。碳纤维对吸波结构具有特殊意义,近年来,国外对碳纤维作了大量改良工作,如改变碳纤维的横截面形状和大小,对碳纤维表面进行表面处理,从而改善碳纤维的电磁特性,以用于吸波结构。
美国空军研究发现将PEEK、PEK和PPS抽拉的单丝制成复丝分别与碳纤维、陶瓷纤维等按一定比例交替混杂成纱束,编织成各种织物后再与PEEK或PPS制成复合材料,具有优良的吸收雷达波性能,又兼具有重量轻、强度大、韧性好等特点。据称美国先进战术战斗机(ATF)结构的50%将采用这一类结构吸波材料,材料牌号为APC(HTX)。
国外典型的产品有用于B-2飞机机身和机翼蒙皮的雷达吸波结构,其使用了非圆截面(三叶形、C形)碳纤维和蜂窝夹芯复合材料结构。在该结构中,吸波物质的密度从外向内递增,并把多层透波蒙皮作面层,多层蒙皮与蜂窝芯之间嵌入电阻片,使雷达波照射在B-2的机身和机翼时,首先由多层透波蒙皮导入,进入的雷达在蜂窝芯内被吸收。该吸波材料的密度为0.032g/cm,蜂窝芯材在6-18GHz时,衰减达20dB;其它的产品如英国Plessey公司的泡沫LA-1型吸波结构以及在这一基础上发展的LA-3、LA-4、LA-1沿长度方向厚度在3.8~7.6cm变化,厚12mm时重2.8kg/m2,用轻质聚氨酯泡沫构成,在4.6~30GHz内入射波衰减大于10dB;Plessey公司的另一产品K-RAM由含磁损填料的芳酰胺纤维组成,厚5~10mm,重7~15kg/m2,在2~18GHz衰减大于7dB。美国Emerson公司的Eccosorb CR和Eccosorb MC系列有较好的吸波性,其中CR-114及CR-124已用于SRAM导弹的水平安定面,密度为1.6~4.6kg/m2,耐热180℃,弯曲强度1050kg/cm2,在工作频带内的衰减为20dB左右。日本防卫厅技术研究所与东丽株式会社研制的吸波结构,由吸波层(由碳纤维或硅化硅纤维与树脂复合而成)、匹配层(由氧化锆、氧化铝、氮化硅或其它陶瓷制成)、反射层(由金属、薄膜或碳纤维织物制成)构成,厚2mm,10GHz时复介电数为14-j24、样品在7~17GHz内反射衰减10dB。
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。
雷达吸波涂料
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。 红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种,因其坚固耐用、成本低廉、制造施工方便,且不受目标几何形状限制等优点一直受到各国的重视,是近年来发展最快的热隐身材料,如美国陆军装备研究司令部、英国BTRRLC公司材料系统部、澳大利亚国防科技组织的材料研究室、德国PUSH GUNTER和瑞典巴拉居达公司均已开发了第二代产品,有些可兼容红外、毫米波和可见光。近年来美国等西方国家在探索新型颜料和粘接剂等领域作了大量工作。新一代的热隐身涂料大多采用热红外透明度。国内外目前研制的红外隐身材料主要有单一型和复合型两种。
单一型红外隐身材料
导电高聚物材料重量轻、材料组成可控性好且导电率变化范围大,因此作为单一红外隐身材料使用的前景十分乐观,但其加工较困难且价格相当昂贵,除聚苯胺外尚无商品生产。E. R. Stein等人研究发现, 导电聚合物聚吡咯在 1. 0~2. 0GHz 对电磁波的衰减达26dB。中科院化学所的万梅香等人研制的导电高聚物涂层材料,当涂层厚度在 10~15μm 时,一些导电高聚物在8~20μm 的范围内的红外发射率可小于0. 4。
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。
(1) 涂料型隐身材料
涂料型红外隐身材料一般由粘合剂和填料两部分组成。填料和粘合剂是影响红外隐身性能的主要因素,目前的研究大多针对热隐身。
(2) 多层隐身材料
多层隐身材料中最常见的是涂敷型双层材料。一般有微波吸收底层和红外吸收面层组成。德国的 Boehne研制了一种双层材料, 底层有导电石墨、炭化硼等雷达吸收剂 ( 75%~85%) , Sb2O3 阻燃剂( 6%~8%) 和橡胶粘合剂( 7%~18%) 组成,面层含有在大气窗口具有低发射率的颜料。国内研制出了面层为低发射率的红外隐身材料, 内层雷达隐身材料可用结构型和涂层型两种吸波材料的双层隐身材料。
(3) 夹芯材料
夹芯材料一般由面板和芯组成。面板一般为透波材料, 芯为电磁损耗材料和红外隐身材料。 纳米材料的特性
表面效应。纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例,随着粒径的减小,表面原子数量比迅速增加。由于表面原子数量比增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。
量子尺寸效应。粒子尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子连续能级离散化,致使纳米材料具有高的光学非线性,特异的催化及光催化特性。
小尺寸效应。当超细微粒的尺寸与光波波长或德布罗意波长及超导态的相干长度等物理尺寸特征相当或者更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,从而产生一系列的光学、热学、磁学和力学性质。
纳米复合隐身材料的隐身机理
由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级,物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等;磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。下面分别以纳米金属粉体(如Fe、Ni等)与纳米Si/C/N粉体为例,具体分析磁损耗型与电损耗型纳米隐身材料的吸波机理。
金属粉体(如Fe、Ni等)随着颗粒尺寸的减小,特别是达到纳米级后,电导率很低,材料的比饱和磁化强度下降,但磁化率和矫顽力急剧上升。其在细化过程中,处于表面的原子数越来越多,增大了纳米材料的活性,因此在一定波段电磁波的辐射下,原子、电子运动加剧,促进磁化,使电磁能转化为热能,从而增加了材料的吸波性能。一般认为,其对电磁波能量的吸收由晶格电场热振动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应来决定。
纳米Si/C/N粉体的吸波机理与其结构密切相关。但目前对其结构的研究并没有得出确切结论,本文仅以M.Suzuki等人对激光诱导SiH4+C2H4+NH3气相合成的纳米Si/C/N粉体所提出的Si(C)N固溶体结构模型来作说明。其理论认为,在纳米Si/C/N粉体中固溶了N,存在Si(N)C固溶体,而这些判断也得到了实验的证实。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成带电缺陷。在正常的SiC晶格中,每个碳原子与四个相邻的硅原子以共价键连接,同样每个硅原子也与周围的四个碳原子形成共价键。当N原子取代C原子进入SiC后,由于N只有三价,只能与三个Si原子成键,而另外的一个Si原子将剩余一个不能成键的价电子。由于原子的热运动,这个电子可以在N原子周围的四个Si原子上运动,从一个Si原子上跳跃到另一个Si原子上。在跳跃过程中要克服一定势垒,但不能脱离这四个Si原子组成的小区域,因此,这个电子可以称为“准自由电子”。在电磁场中,此“准自由电子”在小区域内的位置随电磁场的方向而变化,导致电子位移。电子位移的驰豫是损耗电磁波能量的主要原因。带电缺陷从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置,相当于电矩的转向过程,在此过程中电矩因与周围粒子发生碰撞而受阻,从而运动滞后于电场,出现强烈的极化驰豫。
纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性,已经引起了各国研究人员的极度重视,而与其相关的探索与研究工作也已经在多国展开。尽管目前工程化研究仍然不成熟,实际应用未见报道,但其已成为隐身材料重点研究方向之一,今后的发展前景一片光明。而其一旦应用于实际产品,也必将会对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。
纳米材料的制备方法
下面重点以两种常用的方法来讨论纳米材料的制备方法。
(1)溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是近年来发展的一种制备纳米材料的新工艺。此法是将金属有机或无机化合物经溶液制成溶胶,再在一定条件下(如加热)将其脱水,则具有流动性的溶胶逐渐变粘稠,成为略显弹性的固体凝胶,再将凝胶干燥、焙烧得到纳米级产物。烧结的方式和温度随物料的不同也有差异,如用微波加热代替常规加热,在较低的温度和极短时间内合成了粒度小、纯度高的超细粉;还比如用γ射线照射制得纳米级CdSe/聚丙烯酰胺复合粉。此类方法还能制备气孔互联的多孔纳米材料。可利用液体渗透、物理方法和化学沉积、热解、氧化及还原反应来填充气孔以制备复合材料。目前采用此法制备纳米材料的具体技术和工艺很多,但按其产生溶胶-凝胶的机制来分主要有三种类型。
(a)传统胶体型。通过控制溶液中金属离子的沉淀过程,使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉降,得到稳定均匀的溶胶,再经蒸发溶剂(脱水)得到凝胶。Adriana S.Albuquerque等人运用传统胶体法使Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米颗粒向前在SiO2玻璃相中,通过改变铁氧体的量和退火温度来获得需要的磁性能。
(b)无机聚合物型。通过可溶性聚合物在水或有机相中的溶胶-凝胶法过程,使金属离子均匀分散于凝胶中。常用聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺等。王丽等人用聚乙烯醇溶胶-凝胶法制得Ni1-xZnxFe2O4(0≤x≤1)纳米颗粒,此法得到的产物纯度高,颗粒细,热处理温度低。Gang Xiong等人用硬脂酸凝胶法制得10-25nm大小的Ba4Co2Fe36O60粉末,且随热处理温度提高,粉末形状由球形转化为立方体。
(c)络合物型。利用络合剂将金属离子形成络合物,再经溶胶-凝胶过程形成络合物凝胶。常用络合剂有柠檬酸等。刘常坤采用柠檬酸络合分解的溶胶-凝胶法制得平均粒径30nm且分散均匀的CoFe2O4超细微粒。
与其他传统的无机材料制备方法相比,溶胶-凝胶法具有反应烧结温度低,粒径分布均匀等优点,但其也有反应时间过长,凝胶易开裂等缺点。这些都值得我们在应用此法时给予足够的注意。
(2)激光诱导化学气相反应法
激光诱导化学气相反应法是利用激光来引发、活化反应物系,从而合成高品位纳米材料的一种方法。其基本原理是:利用大功率激光器的激光束照射于反应气体,反应气体通过对激光光子的强吸收,气体分子或原子在瞬间得到加热、活化,在极短时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度,迅速完成反应、成核与凝聚、生长等过程,从而制得相应物质的纳米微粒。因此,简单的说,激光法就是利用激光光子能量加热反应体系,从而制得纳米微粒的一种方法。通常,入射激光束垂直于反应气流,反应气体分子或原子吸收激光光子后被迅速加热,根据J S Haggerty的估算,激光加热的速率为106-108°C/s,加热到反应最高温度的时间小于10-4s。被加热的反应气流将在反应区域内形成稳定分布的火焰,火焰中心的温度一般远高于相应化学反应所需温度,因此反应将在10-3s内完成。生成的核粒子在载气流的吹送下迅速脱离反应区,经短暂生长过程到达收集室。
入射激光能否引发化学反应取决于入射光的频率——气体分子对光能的吸收系数一般与入射光频率有关。为保证制备过程中反应生成的核粒子快速冷凝,获得超细微粒,需要冷壁式反应室。常用水冷式反应器壁和透明辐射式反应器壁。这样有利于在反应室中构成较大温度梯度分布,加速生成核粒子冷凝,抑制其过分生长。此外,为防止颗粒碰撞、粘连团聚,甚至烧结,还需要在反应器内配惰性保护气体,使生成的纳米微粒的粒径得到保证。另外,通过对加入反应气体成分的控制,可以制得复合纳米材料。
激光法与普通加热法制备纳米微粒有极大不同,这主要表现为:
(a)冷的反应器壁,无潜在污染。
(b)原料气体分子直接或间接吸收光子能量后迅速进行反应。
(c)反应具有选择性。
(d)反应区条件可以被精确的控制。
(e)激光能量高度集中,反应区与周围环境之间温度梯度大,有利于生成核粒子快速凝结。
由于激光法具有上述的技术优势,因此,采用此法可以制得均匀、高纯、超细、粒度窄分布的各类微粒。尽管存在成本较高的问题,但这种方法也已经开始走向工业化,毕竟,激光法是一种制备纳米微粒的理想方法。
纳米复合隐身材料的复合新技术
隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等;磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。运用复合技术对这些材料进行纳米尺度上的复合便可得到吸波性能大为提高的纳米复合隐身材料。近年来,纳米复合隐身材料的制备新技术发展的很迅速,这些新的复合技术主要包括一下几种:
(a)以在材料合成过程中于基体中产生弥散相且与母体有良好相容性、无重复污染为特点的原位复合技术。
(b)以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特点的自蔓延复合技术。
(c)以组分、结构及性能渐变为特点的梯度复合技术
(d)以携带电荷基体通过交替的静电引力来形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点的分子自组装技术。
(e)依靠分子识别现象进行有序堆积而形成超分子结构的超分子复合技术。
材料的性能与组织结构有密切关系。与其他类型的材料相比,复合材料的物相之间有更加明显并成规律化的几何排列与空间结构属性,因此复合材料具有更加广泛的结构可设计性。纳米隐身符合材料因综合了纳米材料与复合材料两者的优点而具有良好的对电磁波的吸收特性,已经成为目前各主要国家材料科技界人士争相研究的热点之一。 电路模拟隐身材料
该技术是在合适的基底材料上涂敷导电的薄窄条网络、十字形或更复杂的几何图形, 或在复合材料内部埋入导电高分子材料形成电阻网络, 实现阻抗匹配及损耗, 从而实现高效电磁波吸收。这种材料能在给定的体积范围内产生高于较简单类型吸波材料的性能。但对每一种应用, 都必须运用等效电路或二维周期介质论在计算机上进 行 特定的匹配设计, 而且涉及计算比较麻烦。
手征隐身材料
所谓的手征是指一个物体不论是通过平移或旋转都不能与其镜像重合的性质。研究表明, 手征材料能够减少入射电磁波的反射并能够吸收电磁波。目前, 用于微波波段的手征材料都是人造的。现在研究的手征吸波材料是在基体中掺杂手征结构物质形成的手征复合材料。
红外隐身柔性材料
这种材料是指以织物为中心开发的各种红外隐身材料, 常常以高性能纤维织物为基础。
红外隐身服
美国特立屈公司( TeledyncIndustr ies Inc) 设计出一种红外隐身效果较好的隐身服,它由多层涂层织物复合加工而成。基布采用多孔尼龙网,并在表面镀银,再在基布上粘贴具有不同红外发射率的布条,布条的一端可以自由飘动,同时控制布条表面涂层面积的大小和形状。这种隐身服可以与背景保持一致,从而保证人体的红外特性难于被红外探测器探测到。
隐身材料是利用什么化学原理
不是利用化学原理 而是利用物体具有的物理性质 吸收电磁波或者声波等能量体并减弱能量辐射 一般是波的干涉和衍射
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。
这里面很详细
隐身材料都有哪些用途?
第二次世界大战期间,美国、英国、德国等国家就对隐身技术进行了大量的探索,并于70年代将其研究的成果逐渐付之于工程实施。特别是在海湾战争中,人们都亲眼目睹了隐身技术的巨大魅力。因此,隐身技术的研究已成为未来战争中各国关注的焦点。
由于目前雷达在各种探测器中仍占主导地位,因此雷达波隐身材料是隐身技术中最主要和发展最快的隐身材料。
我们首先来看看,雷达是如何发现飞机的。其实雷达是效仿蝙蝠工作的,我们知道蝙蝠能够在夜晚自由地飞来飞去。但蝙蝠并不是靠了它的视力好,而是凭借了超声波。它的嘴巴不断地发出超声波,超声波遇到物体后就会被反射回来,蝙蝠的耳朵接收到返回的信号,就能确定障碍物的位置。雷达的工作原理与蝙蝠类似,首先雷达要向探测方向发射电磁波,当发出的电磁波遇到飞机时就会被反射回来,雷达在接受这个返回来的电磁波就能知道有没有飞机和飞机所在的位置。
既然雷达是通过接收飞机反射的电磁波来判断飞机的位置,那么如果让飞机不反射电磁波的话,雷达可就发现不了飞机了。实际上飞机隐身正是通过这种方式达到的。
雷达波隐身材料的基本性能要求是吸收雷达波,所以这种材料又称为雷达吸波材料。我们所指的吸波材料也就是雷达波吸收材料。
吸波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、苏联及日本等发达国家。经过半个世纪的发展,成绩斐然。
第二次世界大战时,德国人曾用活性炭粉末充填天然橡胶片来包覆潜艇,以降低被对方雷达发现的可能性,这可以说是最早的吸波材料。
美国早期研制了一种防辐射涂料布,是用橡胶或塑料填充导电的鳞片状铝粉、铜粉或铁磁材料制成。这些早期的材料主要通过增加厚度来提高吸波性能,一般较重,用于舰船和陆地武装设备。从50年代起,美国等开展了较为系统的飞机隐身技术研究,经过20多年的发展,70年代开始研制隐身飞机,80年代隐身飞机装备部队并投入使用。现已装备的F-117A隐形攻击机、B-2战略轰炸机以及新问世的F-22隐身战斗机均采用了不同类型的隐身材料。其他大国也都投入大量人力物力研制吸波材料,已发展出不少新型的雷达吸波材料和吸波结构。
高度的军事敏感性和技术保密性使当前高性能的吸波材料研究和应用情况笼罩在迷雾之中,但各科技机构的努力主要集中在以下两个方面:全新的吸收机理和吸收剂;计算科学的迅速发展和应用。
总之,应运而生的吸波材料,必将在这场世界性攻关研究中,不断取得发展,并对今后的隐身反隐身技术的竞争产生深刻的影响。