幾百年來，隱身（隱形）技術(shù)一直是一些人津津樂道的話題，亦是另一些想入非非者的追逐夢幻。本世紀五、六十年代，“隱身故事”曾經(jīng)廣為流傳過。然而進入九十年代，隱身涂裝技術(shù)才有了實質(zhì)性的突破和進展。今天，經(jīng)過“隱身涂裝”處理的飛機和坦克，導(dǎo)彈和軍艦，儀器和士兵，在地球上已不是“天馬行空”的獨一無二的事情。

    隱身的重要性

    一位哲人說過，幻想是打開現(xiàn)實的鑰匙。隱身“包裝”技術(shù)經(jīng)過100年的研究與開發(fā)，終于從幻想走到了現(xiàn)實。如今，利用隱身“包裝”技術(shù)，有了隱身飛機、隱身艦艇、隱身坦克、隱身特工等等。

    這里自然牽涉一個問題，什么叫隱身？工程技術(shù)人員認為，“隱身”有兩個含義：第一，不是“眼睛”看不見的物品，而是“眼睛”不易看見的物品。這里的“眼睛”是泛指，包括雷達、紅外夜視儀等現(xiàn)代化眼睛；第二，隱身的目的是為了保護自己生存或物品安全而非其他。由于“隱身”范圍很廣，至今尚無確切的定義。很明顯，實現(xiàn)隱身的科學(xué)手段就是隱身技術(shù)。

    不言而喻，隱身“包裝”技術(shù)是隨著戰(zhàn)爭升級而發(fā)展起來的。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的“眼睛”---各種各樣的觀察瞄準儀器、探測系統(tǒng)諸如雷達、紅外夜視儀、激光探測器等等日益增加、性能更加完善，普通武器和士兵被敵方發(fā)現(xiàn)的可能性也越來越大，安全性大大減少；再加之種種導(dǎo)彈帶有“眼睛”，威脅也越發(fā)嚴重，因此隱身“包裝”技術(shù)也成為各國軍備競賽的內(nèi)容。為了減少被敵方發(fā)現(xiàn)的機會，旨在增加安全性的這種技術(shù)稱為“隱身技術(shù)”或“隱形技術(shù)”（Stealth Technology），在軍事上亦叫“低可探測性技術(shù)”。

    第二次世界大戰(zhàn)后，隱身“包裝”技術(shù)作為重大軍事技術(shù)提到了議事日程上。當時的美、蘇、日、英等國都投入大量經(jīng)費進行研究。如今隱身技術(shù)得到了較快的發(fā)展，特別表現(xiàn)在紅外隱身、雷達隱身等方面進展更快。當今世界上，美國和歐洲的隱身“包裝”技術(shù)處于領(lǐng)先水平。標志著“當代先進技術(shù)”的各種隱身戰(zhàn)斗機、隱身偵察機、隱身護衛(wèi)艦出現(xiàn)在天空與大洋之中。迷彩涂料（迷彩型隱身技術(shù)）

    迷彩涂料是一種簡單泛用的偽裝隱身涂料，主要用于軍事裝備和士兵的可見光隱身和近紅外隱身。一般而言，迷彩涂料視目標環(huán)境的不同而采用單色涂裝或多色迷彩涂裝，使“目標”融于所處環(huán)境背景的色彩中而免于被敵方看見最終達到隱身的目的。對軍用迷彩涂料而言，因其使用環(huán)境（壽命環(huán)境）惡劣，故而要求迷彩涂料應(yīng)具良好的物理化學(xué)性能，諸如附著性、耐候性、抗沖擊性、耐腐蝕性、耐微生物（霉菌等）性等等要優(yōu)良。目前使用的迷彩涂料主要有丙烯酸樹脂、聚氨酯、過氯乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、醇酸樹脂等等。對于顏色單調(diào)的環(huán)境諸如沙漠、雪原、海洋等宜用單色或雙色迷彩。而多色迷彩宜根據(jù)目標環(huán)境諸如熱帶森林、山地、丘陵等的不同而采用深淺顏色交錯配置的三色或四色迷彩涂裝，且各色斑點面積大小不相同。各迷彩斑點的尺寸可按下式計算[1]:

    A=nD/3400

    式中：A為迷彩斑點可見尺寸

    D為觀察距離

    n為計算系數(shù)，當保護色與對比色的亮

    度對比K≥014，n=215～3;當K<014，n=3～4

    紅外隱身技術(shù)

    1  紅外隱身技術(shù)概況

    眾所周知，任何物體都存在熱輻射，目標與背景紅外輻射的差別是紅外探測的基本數(shù)據(jù)，而紅外隱身技術(shù)正是要消除降低這種輻射的差別。紅外偵查系統(tǒng)能勘測到目標的最大范圍與目標輻射強度的平方根成正比，與大氣透過率的平方根也成正比，另外還與紅外勘測器本身的一些特性有關(guān)，因此要實現(xiàn)目標紅外隱身，主要應(yīng)從降低目標的紅外輻射個大氣的紅外透射率著手。

    美國是最早開展紅外隱身涂料研究的國家，其紅外隱身涂料研制工作已取得較大成功，提出了一種根據(jù)涂料配方及其原材料參數(shù)預(yù)測其紅外輻射特性的模擬計算方法，并對紅外隱身涂料的配方設(shè)計提出了一些重要結(jié)論。另有一些美國學(xué)者將直徑為70μm的片狀鋁（質(zhì)量比占38%）摻雜到無機磷酸鹽粘合劑中，獲得了在10.6μm頻譜區(qū)發(fā)射率為0.18的紅外隱身涂料。美國提出2005年研制出可單獨控制的發(fā)射率涂層，2010年研制出能自動對背景和威脅作出反應(yīng)的自適應(yīng)涂層體系。利用中層摻銀的多層涂覆方式獲得了低發(fā)射率涂層材料。國外的紅外隱身涂料雖已形成了色彩化，但實用化的較少，且在復(fù)合隱身兼容性方面仍沒有完全解決好[3]。

    國內(nèi)在紅外隱身涂料研究方面的歷史較短，基本上處于探索階段。國家在“863”項目中專門設(shè)立了紅外偽裝的研究課題。雖然有報道說涂料紅外發(fā)射率達到0.5以下，但都沒有進入實用階段。華東理工大學(xué)國家超細粉末工程研究中心將表面包覆了薄薄一層二氧化硅的鋁片用作紅外隱身涂料的顏料，所得涂層的發(fā)射率僅為0.35。山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院研制的白色材料紅外發(fā)射率在0.3～0.4之間，中綠色顏料紅外發(fā)射率為0.6～0.7，制備出的涂層紅外發(fā)射率為0.7～0.75。利用有機硅清漆和三元乙丙橡膠的接枝聚合物與Al粉等顏料制得了低發(fā)射率紅外涂料。對ITO（摻錫氧化銦）涂料做了比較深入的研究。在特定的氧化錫摻雜濃度下，獲得了在8～14μm波段紅外發(fā)射率為0.62的ITO涂料。而通過實驗認為ZAO（摻鋁氧化鋅）比ITO有著更高的可見光透過率和紅外隱身率，且生產(chǎn)成本低，穩(wěn)定性高，技術(shù)簡單，易于摻雜，在紅外/雷達復(fù)合隱身材料方面有著很好的應(yīng)用前景。用異戊二烯橡膠合成的環(huán)化橡膠制備了紅外發(fā)射率為0.55～0.6的低紅外發(fā)射率涂料。此外國內(nèi)也對復(fù)合型雙層隱身材料進行了研究，其低紅外發(fā)射率面層材料的法向發(fā)射率介于0.23和0.54之間[4]。

    2  紅外隱身涂料涂裝

    紅外隱身涂料也叫中遠紅外偽裝涂料，是一種使3μm～5μm和8μm～14μm工作波段的紅外探測設(shè)備難以探測或造成錯覺的隱身技術(shù)。按紅外偽裝的方式和性質(zhì)，可分為隱身型和干擾型兩大類。應(yīng)用隱身型涂料紅外偽裝技術(shù)可以降低和改變“目標”的熱輻射特征。紅外隱身材料主要采用紅外涂層材料。現(xiàn)有兩類涂料：一類是吸收型，通過涂料本身（如使用能進行相變的釩、鎳等氧化物或能發(fā)生可逆光化反應(yīng)的涂料）或某些結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)，使吸收的能量在涂層內(nèi)部不斷消耗或轉(zhuǎn)換而不引起明顯的溫升，減少物體熱幅射；另一類涂料是轉(zhuǎn)換型，在吸收紅外線能量后或改變反射方向，或使吸收后釋放出來的紅外輻射向長波轉(zhuǎn)移，使之處于紅外探測系統(tǒng)的工作效應(yīng)波段以外，最終達到隱身的目的。此外，涂料中的粘合劑、填料的形態(tài)、涂層的強度與涂層結(jié)構(gòu)等等涂裝工藝技術(shù)都影響紅外隱身效果，涂裝時應(yīng)特別注意。迄今為止，在熱紅外隱身涂料和涂裝技術(shù)水平上，已達到實用階段，并收到較好的隱身效果。但高級隱身涂料仍處于探索之中。可以預(yù)計，這類隱身功能材料作為國防裝備或機密工程設(shè)施應(yīng)用仍有很大的潛力和市場[5]。

    雷達隱身技術(shù)

    1  雷達隱身概況

    在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭中，雷達是飛行器的最大敵人。美國在世界飛行器隱身技術(shù)方面是研究最早、投資最大、技術(shù)最先進的國家。先后研制出來的隱身的偵察機、轟炸機、戰(zhàn)斗機、無人機、直升機、巡航導(dǎo)彈等各種飛行器，以及隱身坦克、艦艇、導(dǎo)彈發(fā)射車等等武器裝備已投入部隊使用，并在近十年的局部戰(zhàn)爭中，從技術(shù)上充分發(fā)揮了武器裝備的有效的突防能力和攻擊作用。我們來看看隱身飛機的技術(shù)效果。在1991年初歷時42天的海灣戰(zhàn)爭中，多國部隊出動F-117A隱身戰(zhàn)斗機1270架次，僅占作戰(zhàn)飛機出動總架次的2%，卻承擔(dān)了40%的進攻任務(wù)，攻擊命中率高達85%，戰(zhàn)績顯著，突破伊軍防空雷達網(wǎng)而無一損傷。

    2　雷達隱身涂料涂裝

    為了減少雷達截面，常用的隱身技術(shù)途徑有三大類：即外形設(shè)計技術(shù)、吸收材料技術(shù)和加載對消技術(shù)。下面主要介紹相關(guān)的雷達隱身涂料技術(shù)。涂敷型吸波涂料實質(zhì)上是一種高分子復(fù)合涂料。它是以高分子溶液或乳液為基料，把吸波劑和其它附加成分分散加入其中而制成。如美國研制的系列鐵氧體吸波涂料，主要成分是鋰鎘、鎳鎘和鋰鋅鐵氧體，它在厘米波段到分米波段，可使雷達波反射衰減達20dB。日本研制的鐵氧體和氯丁橡膠或氯磺化聚烯等吸波涂料，當涂層厚度為（117～215）mm時，對（5～10）GHz的雷達波反射衰減達30dB。這種涂料的涂裝工藝簡單，使用方便，但是增加飛行器的消極重量，涂層剝離強度低、頻寬窄、涂層厚和耐高溫性能差等等，這些缺點限制了它的應(yīng)用。因此，研制開發(fā)“輕、薄、寬”的吸波涂料是今后主要發(fā)展方向。目前國外正在研制超薄層、寬頻帶、高效能的吸波涂料，例如放射性同位素吸波涂料。它利用釙210（210P0）和鋦242（242Cm）等同位素射線產(chǎn)生的等離子體來吸收雷達波，在（1～20）GHz的寬頻帶內(nèi)雷達反射波可衰減20dB。美國伯奇博士研制一種名為ATRSBS的化合物（一種席夫氏堿鹽），它吸收雷達電磁波后即轉(zhuǎn)化為熱能，起到雷達隱身之作用。近幾年來，國外開發(fā)了一種四針狀氧化鋅晶須ZnOw（Tetrapod-Shaped Zinc Oxide Whisker），ZnOw是四針狀晶體，四根針從正面體的重心向三維方向展開，這在數(shù)十種晶須中是獨一無二的，由于其導(dǎo)電性能優(yōu)異和典型的四針狀三維結(jié)構(gòu)，不僅可用作抗靜電材料、微波發(fā)熱體材料，而且更是電磁波吸收體，在雷達工作的（5～18）GHz波段由它可吸收高達20dB的電磁波（即99%以上），是一種綜合性能良好的雷達隱身涂料。為了使雷達隱身涂料充分發(fā)揮效能，涂裝時特別應(yīng)注意兩點：一是吸波纖維（導(dǎo)電粒子）的尺寸應(yīng)與雷達工作波長相匹配；二是涂層宜為多層，每層中纖維應(yīng)平行而上下層纖維應(yīng)互為垂直，而且纖維中心距離等于015～2倍波長為佳。

    隨著國外隱身涂裝技術(shù)的發(fā)展，亦給我們提出了今后為軍政人員、軍用物資、軍事目標、普通兵器、觀瞄儀器等等進行隱身研究的重要課題，開發(fā)高新隱身涂料涂裝是我們在2000年的重要任務(wù)。

    組成、分類、性質(zhì)

    1 組成：優(yōu)良的紅外透明粘結(jié)劑、顏填料、樹脂

    2 分類與性質(zhì)：大致分為以下3大種類型

    （1） 等離子隱身涂料

    等離子體隱身飛機是采用等離子隱身涂料研制的一種隱身性能極強的飛機。等離子體隱身涂料以釙210、鋦242、鍶90等放射性同位素為原料（只要適當選擇輻射源，合理控制輻射劑量，對人體是安全的），在飛行器飛行過程中放射出強α射線，高能粒子促使飛行器表面外的空氣電離形成等離子體層，它對微波、紅外輻射有很好的吸收效果，其吸收性能使信號有1~20吉赫茲范圍內(nèi)衰減可達17分貝。敵方探測雷達輻射的電磁波照射到環(huán)繞飛機的等離子云團后主要會產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：首先，一部分電磁波能量被等離子云團吸收。因為電磁波在穿越等離子云團時與等離子體的帶電粒子相互作用，會將能量傳遞給帶電粒子，自身能量被大大衰減；其次，等離子云團能使電磁波產(chǎn)生繞射，電磁波繞過等離子云團唇，繼續(xù)向前輻射，不產(chǎn)生反射，這將極大地減少反射的電磁波信號，使雷達難以發(fā)現(xiàn)隱蔽在等離子云團中的飛機。

    “等離子體”在我們的現(xiàn)實生活中并不陌生，它是廣泛存在于自然界中的一種電中性的電離氣體，是繼物質(zhì)存在的固體、液體、氣體三種形態(tài)之后出現(xiàn)的第四種物質(zhì)形態(tài)，具有數(shù)密度近似相等的自由電子和正離子，其產(chǎn)生和運動主要受電磁場力的作用與支配，對電磁波的傳播有很大的影響。它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中包括離子（具有不同符號和電荷）、電子、原子和分子。在自然界里，熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電、以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結(jié)果。對于整個宇宙來講，幾乎99.9%以上的物質(zhì)都是以等離子體態(tài)存在的，如恒星和行星際空間等都是由等離子體組成的。用人工方法，如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產(chǎn)生等離子體。

    20世紀60年代以來，美國和前蘇聯(lián)等軍事強國就可開始研究等離子體吸收電磁波的性能。80年代初，前蘇聯(lián)最早開始進行等離子體實驗，重點是等離子體在高空超音速飛行器上的潛在應(yīng)用。90年代初，美國休斯實驗室開展的一項為期兩年、投資65萬美元的實驗表明，應(yīng)用等離子體技術(shù)，可使一個130毫米長微波反射器的雷達回波信號強度減少到原來的1%。1997年，美國海軍委托田納西大學(xué)等單位發(fā)展等離子體隱身天線[7]，其原理是：將等離于體放電管作為天線元件，當放電管通電時就成為導(dǎo)體，可正常發(fā)射和接收無線電信號；當斷電時就成為絕緣體，基本上不反射敵方雷達輻射的電磁探測信號。初步的演示結(jié)果已經(jīng)顯示了這種天線正常的發(fā)射／接收功能和良好的隱身性能。近年來，等離子體隱身技術(shù)在俄羅斯取得了突破性的進展，其研究成果明顯領(lǐng)先于美國，據(jù)報道，俄羅斯克爾德什研究中心已經(jīng)開發(fā)出第一代和第二代等離子體發(fā)生器，該研究所在地面模擬設(shè)備和自然條件下以及飛機上的試驗已經(jīng)充分地證明了這種隱身技術(shù)的實用性。

    （2） 低發(fā)射率薄膜的紅外隱身

    紅外隱身在我國處于起步階段，依據(jù)背景的不同，紅外隱身應(yīng)采取兩種措施。對于空天飛行器，背景環(huán)境在3～25Itan波段的紅外輻射強度很弱，應(yīng)以降低隱身對象在可探測紅外波段或通常的兩個大氣窗口3～5m和8～14m波段的絕對紅外輻射強度為目標；對于地面目標，其紅外輻射特征非常復(fù)雜，應(yīng)以紅外迷彩為目標，而不是單純降低其紅外輻射強度[8]。本文以降低紅外輻射強度為目標，討論降低紅外發(fā)射率在降低或抑制紅外輻射強度中所起的作用，從而尋求一種紅外隱身的新途徑。

    研究了幾種紅外發(fā)射率可以調(diào)控的低紅外發(fā)射率納米氧化物半導(dǎo)體薄膜。其中氧化銦錫薄膜的紅外發(fā)射率可在0.1-0.9連續(xù)可調(diào)，摻鋁氧化鋅薄膜的紅外發(fā)射率可以在0.25-0.9連續(xù)可調(diào)；TiO2／As／TiO：多層膜的紅外發(fā)射率最低可達0.05[9,10]。降低紅外發(fā)射率是實現(xiàn)紅外隱身的一條重要途徑。低紅外發(fā)射率薄膜可以直接應(yīng)用于多種武器裝備的紅外隱身技術(shù)中。

    （3） 雷達隱身涂料

    雷達隱身涂料實質(zhì)上是一種高分子復(fù)合涂料。它是以高分子溶液或乳液為基料，把吸波劑和其它附加成分分散加入其中而制成，或者高分子溶液（或乳液）本身具有吸波功能。由于研究工作者的不斷努力，雷達隱身涂料取得了很大進展，但大多存在涂層厚、比重大的問題。近年來，雷達隱身涂料正向薄涂層、寬頻帶和高效能方向發(fā)展，并不斷開發(fā)出新型吸波涂料[11]。

    其涂料小種類大致分為7種

    鐵氧體吸波涂料

    在涂料中加入鐵氧體，如錳2鋅、鎳2鋅、鋰2鋅、鋰2鈦等不同系列。不同的鐵氧體的電磁參數(shù)差別很大。這種涂料的涂裝工藝簡單，使用方便，但是增加飛行器的消極重量，涂層剝離強度低、吸收頻帶窄、涂層厚和耐高溫性能差等，這些缺點限制了它的應(yīng)用。通過控制磁體性質(zhì)、吸收體的厚度、損耗因子及阻抗等各種因素，可將材料調(diào)諧能夠吸收某單一頻段、選定的多種頻段或?qū)掝l帶的電磁波[12]。

    納米吸波涂料

    納米材料是指材料組分的特征尺寸在納米量級1～100nm的材料。它獨特的結(jié)構(gòu)使其自身具有量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)，小尺寸和界面效應(yīng)，從而呈現(xiàn)出奇特的物理、化學(xué)特性。納米粒子由于粒徑極小，比表面積大，處于表面的原子比例增大，增強了活性，在電磁場作用下，原子、電子運動加劇，促使磁化，使得電磁能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，增加對電磁波的吸收。同時，納米粒子具有較高的矯頑力，可引起大的磁滯損耗。將納米材料作為吸收劑制成涂料，易于實現(xiàn)高吸收、涂層薄、重量輕、吸收頻帶寬、紅外微波吸收兼容等要求，是一種非常有發(fā)展前景的高性能、多功能吸波涂料[12]。

    導(dǎo)電高分子吸波涂料

    導(dǎo)電高分子吸波涂料主要是利用某些具有共軛主鏈的高分子聚合物，通過化學(xué)或電化學(xué)方法與摻雜劑進行電荷轉(zhuǎn)移作用來設(shè)計其導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)阻抗匹配和電磁損耗，從而吸收雷達波。如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚對亞苯、聚苯硫、聚噻吩等都屬于導(dǎo)電高分子吸波涂料。單一導(dǎo)電高分子聚合物雖有較好的吸波特性，但吸收頻帶比較窄。為了展寬吸收頻帶，通常要加入添加劑。添加劑一般是磁損耗型的材料，加入后對導(dǎo)磁率沒有明顯影響，但對提高吸收率和展寬頻帶有明顯效果[13]。

    放射性同位素吸波涂料

    在涂料中加入放射性同位素，如Po210、Cm242等，利用其放出的高能射線使目標附近的局部空間產(chǎn)生等離子屏，形成含有大量自由電子并與自由空間相匹配的等離子體區(qū)，可以吸收相當寬頻帶的電磁波。并且該涂料具有吸收頻帶寬、反射衰減大、使用周期可控制、施工簡便、能承受高空高速飛行時的氣動影響、使用壽命長等優(yōu)點。但該涂料使用放射性同位素材料，其應(yīng)用仍受到一定的限制[14]。

    視黃基席夫堿鹽吸波涂料

    視黃基席夫堿鹽是一種有機化合物，該化合物在受到雷達電磁波作用時，其原子會進行一種輕微而短暫的重新排列，從而吸收電磁能量。其對雷達波能量的吸收大于磁性---耗能型吸波材料，而重量卻僅是磁性吸波材料的十分之一。通過對不同的視黃基席夫堿鹽進行改進和組合，能吸收全頻段的雷達波。

    手征性吸波涂料

    手征性吸波材料又稱旋波材料，是一種新的電磁吸波材料。電磁波入射到旋波介質(zhì)中產(chǎn)生由于電場變化而引起的電偶極矩，導(dǎo)致電磁波在旋波介質(zhì)中的傳播特性發(fā)生改變，從而改變旋波介質(zhì)的電磁性能及吸波性能。與其它RAM相比，手征性吸波材料具有易調(diào)整參數(shù)及易拓寬頻帶的優(yōu)勢。

    稀土吸波涂料

    稀土元素吸波涂料是新開發(fā)研制的一類吸波涂料，其以稀土磁性材料為吸收劑。另外，稀土元素常作為添加劑加在其它吸波涂料中，用以調(diào)節(jié)吸波材料的電磁參數(shù)。

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