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 ^{[1～ 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) ^{[5 ]}。

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增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)增加或損耗角正切增加都會(huì)提高吸波率 ,但介電常數(shù)的增加將導(dǎo)致材料表面反射能力的增強(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)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 ^{[6 ]}。

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。為了增強(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) ^{[7 ]}。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π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)合后而得到的既具有一定導(dǎo)電功能又具有良好力學(xué)性能

的多相復(fù)合材料^{[8, 9 ]}。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)用。

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 G Hz～ 18 GHz寬頻帶內(nèi) ,吸波性能較好 ,已用于隱身飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)

_翼上 [10 ]_。

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 ^{[11 ]}。

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)氧樹脂、 Kev la r等 ^{[12 ]}。

導(dǎo)電高分子材料作為吸收劑被應(yīng)用。 導(dǎo)電聚合物主要有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等 ,這些導(dǎo)電聚合物的納米微粉具有良好的吸波效果 ,與納米金屬吸收劑復(fù)合后吸波效果更

_佳[ 13]_。

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)。 其已被應(yīng)用于吸波材料和電磁屏蔽材料。 在美國用聚苯胺制成的導(dǎo)電高分子屏蔽材料的屏蔽效果已達(dá)到 40 dB以上。 我國華因科技有限公司研制的屏蔽系列涂料 ,在 80_ m 時(shí) ,屏蔽效能達(dá)到了 40 dB～ 60

_dB[14 ]_。

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 ,已經(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^{- 1} S /cm以上 ,以實(shí)現(xiàn)儀器殼體內(nèi)外的電磁屏蔽作用。

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。