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導(dǎo)電高分子材料在隱身技術(shù)中的應(yīng)用

文章來源:本站 發(fā)布時(shí)間:2017/4/24 點(diǎn)擊數(shù): 2803 次
  隱身技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合技術(shù),是一門多學(xué)科的系統(tǒng)工程,它涉及到電磁、材料、能量轉(zhuǎn)換、信息處理等學(xué)科和技術(shù)它包括外形設(shè)計(jì),電子對(duì)抗技術(shù)和使用隱身材料作為武器表面結(jié)構(gòu)三個(gè)重要方面,多年來的研究表明,只有將上述三個(gè)方面有機(jī)地結(jié)合起來,才能獲得更好的隱身效果隱身材料是隱身技術(shù)的關(guān)鍵目前,世界軍事大國正在開發(fā)的幾種新型隱身材料有:手性材料、納米隱身材料、導(dǎo)電高分子材料、陶瓷類吸收劑鹽類吸收劑多晶鐵纖維吸收劑、等離子體吸收劑等,由于導(dǎo)電高分子材料的結(jié)構(gòu)多樣化密度小和獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì),引起科學(xué)界的廣泛重視4許多新科學(xué)、新技術(shù),一旦被發(fā)現(xiàn),很快就被用于軍事上導(dǎo)電高分子材料也是如此,自從問世以來,就被軍事技術(shù)專家看好,到目前為止,導(dǎo)電高分子材料正逐步被作為隱身材料應(yīng)用于航空航天技術(shù),本文就導(dǎo)電高分子材料在隱身技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
  1材料隱身的隱身機(jī)理隱身技術(shù)是航空航天領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù),它是指在一定的范圍內(nèi)降低需隱身目標(biāo)的信號(hào)反射特征或者減少自身特征信號(hào)的泄漏,使其難以被信號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)的技術(shù),包括雷達(dá)波隱身、紅外隱身及其它隱身技術(shù)材料隱身技術(shù)的關(guān)鍵是它必須能夠減弱吸收、耗散和散射各種類型的電磁輻射。通過設(shè)計(jì)合理的材料性能和結(jié)構(gòu),使電磁波穿過材料時(shí)被吸收,轉(zhuǎn)換成熱能而散失掉,以至電磁波盡可能少地被反射到雷達(dá)或者各類探測(cè)器;或者改變電磁波的頻率,使反射電磁波的中心頻率遠(yuǎn)離探測(cè)器的接受頻率;或者減小武器裝備自身電磁波的泄露,以達(dá)到隱身的目的因此對(duì)材料隱身技術(shù)的研究就是對(duì)吸波材料、屏蔽材料和透波材料的研究按照吸波機(jī)理,吸波材料分為電阻型吸波材料、電介質(zhì)型吸波材料和磁介質(zhì)型吸波材料電阻型吸波材料主要靠材料在電磁場(chǎng)中的導(dǎo)電或漏電損耗能量,材料的體積電阻率越小,吸波效果越佳,但材料的電阻率的降低卻加了材料的反射能力,以至自由空間的電磁波難以進(jìn)入材料的內(nèi)部,不能達(dá)到吸波的目的電介質(zhì)型吸波材料主要是靠其在電磁場(chǎng)中的反復(fù)極化損耗能量,電介質(zhì)材料的介電常數(shù)加或損耗角正切加都會(huì)提高吸波率,但介電常數(shù)的加將導(dǎo)致材料表面反射能力的強(qiáng),不利于電磁波進(jìn)入材料內(nèi)部而被吸收,為了提高吸收效果,只有設(shè)法提高材料的介電損耗角正切磁介質(zhì)到的既具有1電功能又具有(良好力學(xué)性能化此導(dǎo)赫屏蔽材料的屏蔽效果己達(dá)到4dBbookmark3型吸波材料對(duì)電磁場(chǎng)的損耗主要是磁滯損耗渦流損耗疇壁位移損耗剩磁損耗以及共振損耗等多種損耗共同作用的結(jié)果,磁性吸波材料中所用的吸波劑大多是鐵氧體羰基鐵粉金屬鈷粉等磁性材料,通過它們與粘合劑以不同的比例復(fù)合方式等途徑來調(diào)整吸波材料的參數(shù),達(dá)到吸波的目的屏蔽材料的電磁屏蔽原理是采用低電阻的導(dǎo)體材料對(duì)電磁能流具有反射和引導(dǎo)作用,在導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場(chǎng)相反的電流和磁極化,從而減少源電磁場(chǎng)的輻射。一般設(shè)備用的磁屏蔽材料大多為金屬材料,但在武器裝備上,使用金屬屏蔽材料要產(chǎn)生較大的反射面,不易作為屏蔽材料使用,故一般使用非金屬材料,主要為導(dǎo)電高分子材料材料的透波,主要是靠減小介電常數(shù)和介電損耗角正切值來實(shí)現(xiàn)2材料隱身技術(shù)對(duì)材料的要求隱身材料用的吸波材料根據(jù)用途可分為涂層吸波材料和結(jié)構(gòu)型吸波材料,其關(guān)鍵是選擇和調(diào)整材料的復(fù)介電參數(shù)(,X,以滿足吸波材料的電性能要求為了強(qiáng)實(shí)用性,滿足各種飛行器的特殊要求,吸波材料必須具有質(zhì)輕寬帶、吸波強(qiáng)穩(wěn)定性好可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)而導(dǎo)電高分子材料由于具有結(jié)構(gòu)的多樣化、獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),同時(shí)具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性,因此導(dǎo)電高分子材料正是滿足要求的材料之一。
  3導(dǎo)電高分子材料在隱身技術(shù)中的應(yīng)用導(dǎo)電高分子材料按其組成和導(dǎo)電機(jī)理可以分為本征型導(dǎo)電高分子材料和復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料。本征型導(dǎo)電高分子材料是指聚合物本身具有導(dǎo)電性或經(jīng)摻雜處理后才具有導(dǎo)電功能的聚合物材料。主要有n共軛型,如聚乙炔、線性聚苯面型高聚物等;金屬型螯合物,如聚銅酞氰等;電子轉(zhuǎn)移絡(luò)合物,如聚陽離子Co絡(luò)合物等由于此類導(dǎo)電聚合物加工合成困難成本高,仍處于研究階段,應(yīng)用受到限制復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料,即導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料,是指以通用聚合物為基體,通過加入各種導(dǎo)電性物質(zhì),采用物理化學(xué)方法復(fù)合后而得的多相復(fù)合材料此種導(dǎo)電高分子材料由于加工方便,成本相對(duì)較低,可設(shè)計(jì)性強(qiáng),得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)甩獲得復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的方法有兩種,一種是在基體聚合物中填充各種導(dǎo)電填料;另一種則是將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物或親水性聚合物與基體聚合物共混導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜,通常包括導(dǎo)電通道、隧道效應(yīng)和場(chǎng)致發(fā)射三種,導(dǎo)電性能是這三種導(dǎo)電機(jī)理作用的結(jié)果。
通過在高分子材料中添加不同的組分、相來改變調(diào)整導(dǎo)電高分子材料的不同的介電參數(shù),以達(dá)到隱身材料所需的要求導(dǎo)電高分子材料不論在結(jié)構(gòu)型隱身材料還是在隱身涂料材料中均有應(yīng)用。
  3.1在雷達(dá)隱身技術(shù)中的應(yīng)用英國Plessey公司采用聚氨酯泡沫基材料浸澤碳墨或者石墨,研制成LA-1型泡沫導(dǎo)電高分子吸波材料,在2 GHz~18GHz寬頻帶內(nèi),吸波性能較好,己用于隱身飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼上王國強(qiáng)等人用導(dǎo)電聚合物與納米級(jí)磁性材料進(jìn)行復(fù)合得到了具有很好吸波效果的材料,試驗(yàn)表明納米復(fù)合比非納米復(fù)合效果更好,表現(xiàn)出特有的性質(zhì),其結(jié)構(gòu)一方面有利于電磁波的吸收,另一方面,密度小,超薄的厚度更能滿足航空航天的需要為了減少機(jī)體內(nèi)金屬材料制造的發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)線和電子設(shè)備等的電磁泄漏,透波材料在減少雷達(dá)散射截面積方面作用并不太大,主要是用大量的雷達(dá)吸波材料(RAM),使用的雷達(dá)吸波材料部分為導(dǎo)電高分子材料如石墨環(huán)氧樹聚苯胺由于其結(jié)構(gòu)的多樣化,環(huán)境穩(wěn)定性好易加工、價(jià)格低廉以及特殊的摻雜機(jī)制而成為導(dǎo)電高分子的研究熱點(diǎn)。其己被應(yīng)用于吸波材料和電磁屏蔽材料。在美國用聚苯胺制成的以上我國華因科技有限公司研制的屏蔽系列涂料,在80以時(shí),屏蔽效能達(dá)到了40dB~60dB利用摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性和半導(dǎo)體性,反射或吸收電磁波,己經(jīng)用導(dǎo)電聚吡咯纖維編制成迷彩蓋布,可以干擾敵方的電子偵察。
  在電子儀器的殼體內(nèi)部或孔壁涂上導(dǎo)電高分子涂層,可將其導(dǎo)電能力提高到10-1S/cm以上,以實(shí)現(xiàn)儀器殼體內(nèi)外的電磁屏蔽作甩利用導(dǎo)電高分子在摻雜前后導(dǎo)電能力的巨大變化,實(shí)現(xiàn)防護(hù)層從反射電磁波到透過電磁波的切換,實(shí)現(xiàn)智能隱身的功能2在紅外激光隱身技術(shù)中的應(yīng)用用于熱隱身的材料應(yīng)具備以下基本特征:具有符合要求的熱紅外發(fā)射率或較強(qiáng)的控溫能力;具有合理的表面結(jié)構(gòu);具有較低的太陽能吸收率;能與其它頻段的隱身要求兼容國外研究得較多的是涂料型紅外隱身材料,其次是薄膜材料紅外粘合劑及紅外涂層用樹脂有以下特點(diǎn):必須保護(hù)好填料,并在涂層的整個(gè)使用期保持它們的紅外特性不變;其次,樹脂必須在所選光譜范圍紅外特性的透明,導(dǎo)電高分子比較符合要求,因此在紅外隱身技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用下面列出幾種導(dǎo)電高分子材料的組成及紅外隱身效果第一種材料基本成分為Al X3m~18m;0.623,并且具有可見光偽裝好的特Afc3(3~7)、有機(jī)硅醇酸樹脂(40~60)有機(jī)顏料(1.3- 1.8)其它材料,其隱身性能指標(biāo)為Xlm-151m:0.512Xlm- 141m:0520X.31m~181m:0-684,并且具有可見光偽裝好的特點(diǎn)。第三種材料基本成分為Al箔片(1(!20,H101m)商業(yè)無色聚氨酯漆、炭黑,其隱身性能指標(biāo)為Xir:隨著熱紅外技術(shù)的不斷發(fā)展,用于熱偽裝的具有低輻射的彩色涂料正在加緊研究據(jù)報(bào)道,聚乙烯乙烯和醋酸乙烯共聚物氮化聚丙烯等熱透明粘合劑和金屬顏料制成的低輻射涂的輻射率約為0.佐右目前國內(nèi)外兼容雷達(dá)隱身的熱紅外隱身導(dǎo)電高分子材料主要有兩層結(jié)構(gòu)組成,一般面層含有31 m51m81m141m波長(zhǎng)范圍內(nèi)的具有低發(fā)射率的顏料;底層有炭化硼、導(dǎo)電石墨導(dǎo)電聚酚醛等雷達(dá)波吸收劑(75%-85%),Sh3阻燃劑(-8%)和橡膠粘合劑(7%-1%)為了保證復(fù)合涂層的雷達(dá)隱身性能,必須調(diào)整好面層的電磁參數(shù),以達(dá)到最佳的阻抗匹配此外,由于采用了碳化硼,該材料還具有防熱中子的功能此種涂料一般用于活動(dòng)目標(biāo)(如飛機(jī)導(dǎo)彈、車輛)等的表面。
寬波段能量吸收偽裝地毯的應(yīng)甩偽裝毯底層為支撐層,中間為金屬反射膜,表面為聚乙烯材料在聚乙烯層中植有鍍金屬的纖維彎成的小鼠材料對(duì)雷達(dá)的吸波性能由小圈的大小決定;小圈的疏密、高低決定材料表面對(duì)可見光的反射能力,聚乙烯層中含有雷達(dá)吸波劑該種材料一般較厚(約2. 5mm左右),可覆蓋在被保護(hù)的軍用設(shè)備上,也可用于制造多波段假目標(biāo)。
在導(dǎo)電高分子隱身材料的應(yīng)用中,美國研制出了“超黑粉”納米材料,對(duì)雷達(dá)波段的吸收率高達(dá)99%塑性復(fù)合材料和石墨環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,不僅吸波性能好,而且在低溫下仍保持良好的韌性。
  青島化工學(xué)院納米材料研究所,用納米金屬做催化劑通過聚合反應(yīng)制備出導(dǎo)電螺旋手征吸收劑,這是一種集納米、導(dǎo)電高聚物與螺旋手征于一體的新型輕質(zhì)、寬帶吸收劑。由于螺旋的作用,該種吸收劑不但對(duì)吸波層具有強(qiáng)作用,而且具有工藝性好、使用方便的優(yōu)點(diǎn)料在擬m15m兩個(gè)大氣窗Pu料的顏色和,光強(qiáng)度此基礎(chǔ)上美軍己將與其。cnkibookmark4導(dǎo)電高分子材料在智能隱身材料中的應(yīng)甩智能隱身材料的應(yīng)用降低了電子系統(tǒng)本身的質(zhì)量和成本,用智能纖維強(qiáng)的聚合物做隱身的結(jié)構(gòu)材料,不僅降低了雷達(dá)散射的截面,同時(shí)把飛機(jī)的質(zhì)量減輕了50,并對(duì)聲波也具有良好的隱身效果己經(jīng)研制成功的是在聚氨酯分子中嵌入高活性的丁二炔鏈段,在適當(dāng)?shù)臈l件下,丁二炔聚合成聚丁二炔,從而改變整個(gè)材它技術(shù)結(jié)合,應(yīng)用于隱身技術(shù)4結(jié)束語未來戰(zhàn)爭(zhēng)是高技術(shù)條件下的戰(zhàn)爭(zhēng),戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變得更加惡劣復(fù)雜各種類型的雷達(dá)先進(jìn)探測(cè)器以及精確制導(dǎo)武器的問世,對(duì)各類武器構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅,為了提高武器的生存能力和戰(zhàn)斗力,提高作戰(zhàn)效能,世界各軍事大國都在發(fā)展隱身技術(shù)從20世紀(jì)50年代起,美國開展隱身技術(shù)研究,20世紀(jì)70年代開始研制隱身飛機(jī),80年代隱身飛機(jī)裝備部隊(duì)現(xiàn)役飛機(jī)有F117A隱身轟炸機(jī),B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)以及新問世的F-22先進(jìn)隱身戰(zhàn)斗機(jī)均采用了不同的隱身材料。我國在隱身技術(shù)的研究方面起步較晚,隨著對(duì)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電機(jī)理研究的不斷深入,由于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有極強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性,在隱身技術(shù)中會(huì)得到更加充分的應(yīng)用,國內(nèi)一定要在此方面有所作為,發(fā)展自己的隱身技術(shù)和材料。