隱身塗料

隨著科學技術的發展，隱身技術的應用日益廣泛。隱身技術是為了減少飛行器的雷達、紅外線、光電、目視等觀測特徵而在設計中採用的專門技術，採用隱身技術是為了飛行器在突防時不易被敵方探測器發現，從而增強攻擊的突然性，提高飛機的生存力和作戰效能。目前，最具挑戰性的隱身技術是隱身塗料的開發與應用。隱身塗料作為一種最方便、最經濟、極強適應性的隱身技術已經在航空航天、軍事裝備上得到廣泛應用。近年來，美、英、俄、法等軍事強國紛紛投入巨資加大隱身塗料的開發力度。顯而易見，隱身塗料的發展不僅標誌著一個國家科學領域的進步，而且關係到國防力量的鞏固，現階段存在巨大的生存和發展空間。

由於雷達偵察是目前世界上用得最多、最有效的偵察手段之一，因此雷達隱身技術自然也就成為一種最重要的隱身技術，國內外有關部門都進行了大量的研究。在雷達隱身與反隱身對抗中，為了防止漏掉最危險的“目標”，必須對每個識別的可信度和威脅級進行綜合考慮，因為這涉及到干擾對象的確定和干擾資源的分配，所以只能給出每個識別的可信度和威脅級，才能不貽誤戰機。而雷達隱身塗料就要最大限度消除被雷達勘測到的可能性，雷達隱身技術的研究主要集中在結構設計和吸波材料兩個方面。目前，應用於飛機吸波塗料比較多，如鐵氧體吸波塗料價格低廉，吸收能力強，應用廣泛；羰基鐵吸波塗料為磁損耗型吸波材料，吸收能力強，應用方便，但面密度大；陶瓷吸波塗料，密度較低，吸波性能好；放射性同位素吸波塗料，塗層薄且輕，具有吸收頻帶寬、耐用性好、能承受高速空氣動力等優點，是飛機用理想的吸波塗料；導電高分子吸波塗料塗層薄且易維護，吸收頻帶寬，是一個較新的研究領域。近年來，納米吸波塗料成為隱身塗料新的亮點，它是一種極具發展前景的塗料。其一般由無機納米材料與有機高分子材料複合，通過精細控制無機納米粒子均勻分散在高聚物基體中，以製備性能更加優異的新型塗料。其機械性能好，面密度低，是高效的寬頻帶吸波塗料，可以覆蓋電磁波、微波和紅外，並能增強腐蝕防護能力，耐候性好，塗裝性能優異。基於以上優點，各國競相在此領域投入人力、物力開發研製。

手征吸波塗料是近幾年來隱身塗料領域研究的熱點。自1987年美國賓州大學研究人員首次提出“手征性具有用於寬頻吸波材料的可能性”以來，手征吸波塗料得到進一步發展。它與一般吸波塗料相比，具有吸波頻率高、吸收頻帶寬的優點，並可以通過調節旋波參量來改善吸波特性，在提高吸波性能、擴展吸波帶方面具有很大潛能。

紅外隱身塗料是指用於減弱武器系統紅外特徵的信號已達到隱身技術要求的特殊功能塗料，其主要針對紅外熱像儀的偵查，旨在降低飛機在紅外波段的亮度，掩飾或變形裝備在紅外熱像儀中的形狀，降低其被發現和識別的概率。實現紅外隱身最有效的途徑是控制目標的表面溫度，盡量減小目標與背景的偏差。用於熱紅外隱身的材料應具有符合要求的熱紅外發射率或較強的控溫能力；具有合理的表面結構；具有較低的太陽能吸收率；能與其它頻段的隱身塗料兼容。紅外隱身塗料的主體樹脂是單組分橡膠樹脂，其與過氯乙烯塗料、環氧鐵紅底漆、聚氨酯塗料具有良好的配套性。

紅外隱身塗料工藝簡單，施工方便，堅固耐用，成本低廉，是目前隱身塗料中最重要的品種。

1.3可見光隱身塗料

可見光隱身塗料又稱視頻隱身技術，彌補了雷達隱身和紅外隱身的不足，它針對人的目視、照相、攝像等觀測手段而採取的隱身技術，其目的是降低飛機本身的目標特徵，較少目標與背景之間的亮度、色度和運動的對比特徵，達到對目標視覺信號的控制，以降低可見光探測系統發現目標的概率。它要求目標的反射率儘可能與周圍環境的反射率一致，因此，可見光隱身塗料通常採用迷彩的方法使飛機隱身，如保護迷彩、仿造迷彩、變形迷彩。保護迷彩適合於單色背景上的固定目標和小型目標；仿造迷彩用於多色背景上的相對固定的目標；變形迷彩用於多色背景上的活動目標。另一種可見光隱身是偽裝遮障，遮障可模擬背景的電磁波輻射特性，使目標得以遮蔽並與背景相融合，是固定目標和運動目標停留時最主要手段，而迷彩塗料是這種技術應用的重要組成。總而言之，可見光隱身塗料應用廣泛，使用方便、經濟，是飛機隱身塗料發展中比較成熟的技術。

許多隱身塗料往往只對一種電磁波起作用，而對其它波段毫無反應。隨著先進探測設備的相繼問世，這種單波段隱身塗料存在很大的局限性，兼容性好的多波段電磁波隱身塗料將具有廣闊的發展空間，如雷達/可見光/紅外多功能隱身塗料將得到廣泛的研究和應用。

多波段、多功能兼容隱身塗料的研製具有廣闊的應用前景，必須採用新型的吸波材料並改進傳統的吸波材料，如鐵氧體、羰基鐵等。國內外進行了卓有成效的新材料的探索，目前有望成為研究熱點的吸波材料主要是納米吸波材料。多波段、多功能兼容隱身塗料能同時吸收和衰減電磁波和聲波，減少反射和散射，從而達到電磁隱身和聲隱身的作用。自20世紀90年代初以來，納米材料和納米技術的興起和發展，給隱身塗料帶來了突破性進展，已成為當前隱身技術領域研究的熱點之一。

納米材料和納米隱身塗料

納米材料是指三維尺寸中至少有一維為納米尺寸的材料，如薄膜、纖維、超細粒子、多層膜、粒子膜及納米微晶材料等，由尺寸在10-10～10-7m的物質組成的微粉體系。由於它具有小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應，因而出現常規材料所沒有的一些特別性能。如高強度和高韌性、高熱膨脹係數、高比熱和低熔點、奇特的磁性和極強的吸波性能等，從而使納米材料獲得廣泛的應用。因為納米超細粉末具有很大的比表面積，能吸收電磁波，同時納米粒子尺寸遠小於紅外及雷達波波長，對波的透過率很大，因此由它製成的塗層在很寬的頻帶範圍內可以躲避雷達波的偵察，同時能很好地吸收可見光、紅外線，具有紅外隱身作用，可以顯著改善飛機的隱身性能。目前納米材料作為隱身技術的關鍵技術之一，易於實現高吸收、塗層薄、重量輕、吸收頻帶寬、紅外微波吸收兼容等要求，是一種極具發展前景的高性能、多功能材料。

綜合防雷達、防紅外、可見光、激光、聲納等隱身塗料的基本原理是降低目標自身發出的或反射外來的信號強度，或減小目標與環境的信號反差，使其低於探測器的門檻值；或者使目標與環境反差規律混亂，造成目標幾何形狀識別上的困難。納米隱身塗料隱身的原因：（1）由於納米粒子尺寸遠小於紅外及雷達波波長，因此納米材料對這些範圍的波的透過率比常規材料要強得多，這大大減少了波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的效果；（2）納米粒子的比表面積比常規粉體大3～4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多，這樣入射到塗料內部的電磁波與隱身塗料相互發生電導損耗、高頻介質損耗、磁滯損耗，並將電磁能轉化成熱能導致電磁波能量衰減，這就使得探測器得到的信號強度大大降低，因此很難被探測器發現，起到了隱身作用。由於納米材料的結構尺寸在納米量級、物質的量子效應和表面效應等對材料性能有重要影響，因此在微波場的輻射下，原子、電子運動加劇，促使磁化，使電磁能轉化為熱能，從而增加了對電磁波的吸收性能。一般認為，納米吸波材料對電磁波能量的吸收由晶格缺陷引起的電子散射以及電子與電子之間的相互作用三種效應決定。

納米材料複合塗料一般都是由納米材料與有機塗料複合而成的，已有無機納米材料與有機高分子樹脂複合的納米塗料，它是通過精細控制無機納米粒子使其均勻分散在高聚物基體中的性能更加優異的新型塗料。納米材料複合塗料必須滿足以下兩個條件：一是其中至少有一相的尺寸在1～100nm；二是納米相的存在使塗料性能得到顯著提高或有新功能。廣義地講納米材料複合塗料還包括金屬納米塗層材料和無機納米塗層材料。金屬納米塗層材料主要是指材料中含有納米晶相；無機納米塗層材料則是由納米粒子之間的熔融、燒結複合而成。通常所說的納米塗料均為有機納米複合塗料。目前用於塗料的納米粒子有三類：一是金屬氧化物，如TiO2、ZnO2、Al2O3、Fe2O3等；二是納米金屬粉末，如Al、Tl、Cr、Nd、Mo等；三是無機鹽類，如CaCO3和層狀硅酸鹽等。

利用納米粒子的表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等特殊性質可以製備紫外屏蔽塗料、吸波塗料、導電塗料、隔熱塗料等，從而為提高塗料的性能和賦予塗料新的功能開闢了一條新的途徑。當這種塗料用於隱身時，就成為納米隱身塗料。可使塗覆目標能夠對可見光、雷達、紅外等現代探測儀器有隱身作用。

雷達和紅外隱身技術是隱身領域中研究的重點。傳統的隱身塗料往往以特定的波段為對象，有些兼顧型隱身塗料則往往犧牲主要隱身方向的優越性能，或降低裝備的戰鬥能力。而納米材料與有機塗料結合后，有如下特點：機械性能如粘結性、耐磨性等大大提高，可以減少其他助劑及填料的使用；高效的寬頻帶吸波性能可以覆蓋電磁波、微波、紅外等波段；能夠增強基體的防腐蝕能力；耐候性好；塗裝性能優良，施工性大為改善。

納米材料具有極好的吸波特性，同時具有兼容好、質量小和厚度薄等特點，由它製成的塗料在很寬的頻帶範圍內可以降低探測器的探測距離，同時也有可見光、紅外和聲隱身作用。因此，一些西方國家都在加速發展納米隱身塗料，把納米隱身塗料作為新型隱身手段進行研究和探索。經過幾十年的發展，隱身塗料已不僅僅用於飛航導彈等飛行器上，幾個主要工業化國家和軍事強國已開始將隱身塗料技術應用於各種技術裝備上。

美國在隱身技術基礎理論和實際應用研究方面始終居於前列。其F-117A機身表面包覆了紅外與微波隱身材料，這種隱身材料中含有多種超微粒子特別是納米粒子，其對不同波段的電磁波有強烈的吸收能力，可以逃避雷達的監視。美國花費巨資研製的納米雷達波吸波塗料技術，可以使每輛坦克花5000多美元，就可獲得塗層薄、吸收率高、吸收波帶寬的隱身塗層，它採用金屬、鐵氧體等納米微粒與聚合物形成的複合塗層和採用多層結構的複合塗層，能吸收和衰減電磁波和聲波，達到電磁隱身和聲隱身，有很高的軍事價值。法國研製成功的一種寬頻納米隱身塗料，由粘合劑和納米級微填充材料（含Co、Ni合金和SiC納米顆粒）構成。這種塗層具有超薄電磁吸收夾層結構，有很好的微波磁導率和紅外輻射率，吸波塗層在50M～50GHz頻率範圍內有良好的吸波性能。

我國納米科技研究始於20世紀80年代末，目前的研究主要集中在納米材料的合成和製備、掃描探針顯微學、分子電子學以及極少數納米技術的應用方面。國內一些研究機構，在隱身方面取得了一定的突破，在某些方面達到了較高水平。由於科研條件的限制，我國與一些工業發達國家仍然存在很大差距。縱觀國內外納米隱身塗料的應用研究，可以認為納米科技的發展程度及納米材料的製備技術制約和影響著納米隱身塗料在軍事上的應用，隨著納米科技的快速發展，納米材料將為納米隱身塗料提供更堅實的物質基礎，促使納米隱身塗料向更高層次發展。目前，一些發達國家已實現納米隱身塗料在裝備上的應用，國內一些企業和研究機構利用納米技術在民用塗料的生產和研製方面取得了可喜的進展，其研製和開發思路對我國納米隱身塗料的發展有很大的參考價值。

從國內外隱身技術發展的現狀看，“薄、寬、輕、強”是隱身技術的發展方向。因此，研製和發展寬頻帶兼容性好、成本低廉、多功能的納米隱身塗料是必然趨勢。首先，軍事偵察的鬥爭越來越需要性能更好的隱身材料；其次，納米科技的發展為納米隱身塗料提供了技術基礎與物質儲備，這兩種因素將促使納米隱身塗料向更高的水平發展。隨著各國對隱身技術的日益重視，對納米隱身塗料的研究將更加深入，各種軍事裝備大量應用納米隱身塗料必然成為可能。隨著科學研究的不斷深入，新的隱身塗料將不斷問世。由於高度的軍事敏感性和技術保密性，使得隱身塗料的發展與應用處於迷霧中，同時，各種反隱身技術和手段正在積極發展之中。隱身和反隱身技術的競爭必將成為新世紀軍事鬥爭的亮點。