纳米隐身涂料

纳米隐身涂料,韩志勇高Z09,一、概论,随着军事技术的迅猛发展，世界各国的防御体系被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大，军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重的威胁。为了提高军事目标的生存能力和武器系统的突防能力，发展纳米隐身技术成为军事技术发展的重要方向。,什么是纳米隐身技术？,纳米隐身技术是指通过降低目标的可探测信号的特征，从而减小目标被敌方各种探测设备发现概率的综合性技术。由于在探测系统中雷达是重要的探测手段，因而雷达纳米隐身技术是当前隐身技术研究的重点。雷达纳米隐身涂料主要应用于各种隐身飞行器、隐身战舰和各种装甲目标，如美国的F-117A隐身战斗机、B-2隐身轰炸机、伯克级宙斯盾驱逐舰、法国的“拉菲特”隐身护卫舰和俄罗斯的I-80主战坦克等。,2.纳米涂料,纳米涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的，更科学地讲应称作纳米复合涂料。这种以无机纳米材料与有机高分子树脂复合，通过精细控制无机纳米粒子均匀分散在高聚物基体中以制备性能更加优异的新型涂料是近些年的事。因纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质，将其用于涂料中后，可以制备紫外屏蔽涂料、吸波涂料、导电涂料、隔热涂料等，纳米涂料的问世为提高涂料的性能和赋予涂料新的功能开辟了一条新的途径。纳米材料在涂层材料中的应用可分为两种情况：1.纳米粒子在传统涂料中分散后形成的纳米复合材料2.完全由纳米粒子组成的纳米涂层材料。前一种纳米复合涂料主要通过添加纳米粒子对传统涂料进行改性，工艺相对简单，工业化可行性好。而后一种纳米涂层材料一般直接与固体物件的制备联系在一起，而且由于技术及成本问题，在短期内难有工业化方面的突破。,二、纳米隐身涂料的分类,防红外线隐身涂料：通过降低或改变目标的红外辐射能量，从而达到红外探测设备难以探测的目的。防雷达波隐身涂料：防雷达波隐身涂料的作用就是使入射雷达波向各方向传播而衰减或通过损耗转变成热能。技术核心是减缩目标的雷达截面积（RCS）防激光探测隐身涂料：军用激光装置的工作方式大致分为两种：一种是向目标发射激光，然后再接收反射波，如测距、火控、半主动激光制导等，另一方面是激光束直接照射到顶攻击目标上，如制盲武器等。因此采取某种措施，大幅度地衰减对方激光束的强度，即可起到激光隐身作用。防紫外线隐身涂料防可见光隐身涂料以及防红外线、可见光、雷达波等多种谱段隐身涂料不同涂料机理不尽相同,三、纳米隐身材料制备方法,1.基本原理纳米隐身涂料的基本设计原理就是产生和背影一致的效果。在可见光下，产生与背景一致的颜色；在电磁波辐照下，产生与背景一致的反射波谱，使伪装目标与背景色调亮度一致或改变形状。隐身涂料还应该防止镜面反射，涂料均为无光或平光，光泽最好在10%以下。,2.制备方法化学分散法：通过对纳米粒子进行表面分子设计，采用表面化学改性的方法，使其既有亲水基团，又有疏水基团，改性处理的纳米粒子具有两亲性。物理分散法：把无机纳米材料分散在涂料体系中，最好是将其与助剂、颜料和其他需要加入的填料预先混合，然后再采用常规生产涂料的方法，通过研磨分散、球磨分散、砂磨分散使之达到良好的分散效果。超声波分散法：用超声波处理时，混合物中产生的空穴或气泡在声场的作用下振动。声压达到一定值，空穴或气泡迅速增长，然后突然闭合，在液体局部区域产生极高的压力，导致液体分子剧烈运动，可使纳米聚集体分散成单个的颗粒或更小的聚集体，使有机涂料中的树脂充分包覆在纳米颗粒的表面。,四、纳米隐身涂料在军事中的应用,1、舰船纳米隐身涂料舰船隐身主要是减少目标的雷达散射截面和降低舰体特别是热点的红外辐射，以及降低其声学特征等，它不仅决定了舰船的生存能力，而且确保战争中先敌发现、先敌攻击的重要条件。舰船声波隐身主要有三个途径：一是用喷水推进器作为舰艇的推进装置，用来代替传统的螺旋桨推进系统；二是在关键部位敷设吸波和透波材料、使用复合材料隔热吸音来降低发动机的噪声；三是同时装备燃气轮机和电动机驱动，在需要隐蔽时，采用电动机驱动来大幅降低舰船的声学特征，从而达到隐身目的。,2、雷达纳米隐身涂料雷达吸波纳米涂料的应用是实现舰船隐身的主要技术措施之一。可以通过在舰船外部某些大面积散射雷达波的部位上，采用雷达吸波涂料来吸收雷达波，从而降低雷达散射截面积。雷达吸波材料主要有两种：涂敷型雷达吸波材料和雷达吸波结构材料。涂敷型吸波材料其中一种方法就是涂料型。就是把电磁波吸收剂同黏合剂混合后按涂料的方法加以使用。,3、红外纳米隐身涂料红外探测技术和红外制导系统的迅速发展对舰船的威胁日益严重，所以许多国家都采取了相应的纳米隐身措施。目前，主要是红外隐身措施有：通过设计穿浪舰首的崭新船体和在船体上涂敷特殊油漆，或用特殊材料来减少红外特征信号。成功案例是英国的“海上幽灵”型隐形防卫舰。,4、智能型纳米隐身涂料未来海上舰船隐身技术的发展趋势，首先体现在新型隐身材料的发展上。传统的隐身材料以强吸收为主要目标，而新型的隐身材料要求满足多频谱隐身、环境自适应、耐高温、耐海洋气候、抗核辐射等更高要求，以适应未来战场的需要。其中，兼容米波、厘米波、毫米波、红外、激光等多波段电磁隐身的多频隐身材料与具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的智能型纳米隐身材料，将成为隐身材料的两个主要发展方向。,五、研究进展,美国研制出的“超黑粉”纳米材料，其雷达波吸收率达到99%。法国研制出一种宽频隐身涂层，这种涂层由粘合剂和纳米级微填充材料对50MHz50GHz范围内的电磁波具有良好的吸收性能。这种由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率和红外辐射率，在较宽的频带内也有效。,我国纳米科技研究始于20世纪80年代末，目前的研究主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用等方面。由于科研条件的限制，总体上与发达国家仍然存在很大差距。国内一些研究机构和生产单位在民用纳米涂料合成和应用方面取得了一定的成果，但在隐身方面报道极少，研究者更少。,赵东林曾系统地报道了雷达波吸收剂的研究进展介绍了一些纳米粒子作为电磁波吸收剂在隐身技术上的应用，认为纳米氧化锌在这方面具有很好的功效。黄妮霞等人研究了10纳米和100纳米两种粒径的Fe3O在11000MHz频率范围电磁波吸收效能，研究发现随着频率增加，纳米Fe3O4吸收效能增加，纳米粒径越小，吸收效能越高。纳米材料是物理学上的理想黑体，纳