防御新视角：红外隐身高分子
高分子材料在红外隐身中的应用研究
在现代军事科技的迅速发展中，隐身技术已经成为提升作战能力的重要手段。无论是战斗机，舰载机又或者洲际导弹，红外隐身都是其不可或缺的重要功能，其不仅可以提高军事行动的隐秘性，还可以增加军事威慑力。随着人工智能、纳米技术和材料科学的不断进步，红外隐身高分子材料的出现为实现这一目标提供了新的可能性。
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热红外隐身原理概述
一般来说, 任何温度高于绝对零度的物体都会向外辐射能量, 且辐射出的能量均可被红外探测器检测到。但是, 由于空气中水、氧气、二氧化碳等极性分子的存在, 只有位于“大气窗口”, 即0.76~1.5μm, 3~5μm和8~14μm波长范围内的红外线会在大气中传播。其中, 8~14μm波段是红外热成像的主要波段, 因此对于大多数地面目标来说, 其主要威胁就是8~14μm波段。
红外探测系统依靠接收来自目标本身和背景的辐射差异形成的热图像来实现侦察和探测, 其成像探测的依据是目标与背景的红外辐射能的反差, 图像的对比度由二者辐射能量的差别决定:
式中:C为图像对比度, E0为目标辐射能量, Eb为背景辐射能量。
其中, 物体的红外辐射能量由斯特藩-玻尔兹曼 (Stefan-Boltzmann) 定律决定, 一个物体的辐射功率为:
式中:ε为物体的全发射率;Eb为黑体的辐射出射度, m2;σ为斯特潘-玻尔兹曼常量;T为目标的绝对温度。
将 (2) 式代入 (1) 式得:
式中:ε0、εb分别为目标与背景的发射率, T0、Tb分别为目标与背景的表面绝对温度。
因此, 必须使C的绝对值小于红外探测器的最小分辨率才能实现红外隐身。这就要求热红外隐身涂料能尽量减小目标与背景间的热辐射反差, 使之低于热红外探测器的分辨率, 从而达到隐蔽目标的目的。
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红外隐身高分子材料工作原理
红外隐身高分子材料的工作原理主要依赖于其光学特性。材料中的分子结构和添加的功能性填料（如导电纳米颗粒、金属氧化物）能吸收特定波长的红外辐射，降低反射率。这种红外吸收特性可以通过优化材料的配方和加工工艺来不断提升。此外，通过调节材料的厚度和表面纹理，可以改变入射光的折射，从而进一步增强隐身效果。
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红外隐身高分子材料介绍
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有机低发射率材料
低发射率材料是一类低红外辐射材料，可降低军事目标表面的红外发射率和红外辐射特征，使其不易被红外探测系统探测和识别。经实验发现，导电高聚物具有与金属和半导体类似的电学、光学特性，对红外光有很高的反射性能；并且具有质量轻、导电率变化范围大、材料组成可控性好等优点，通常被用作单一组分型红外隐身材料。
Yang等人通过原位聚合合成了(BaFe12O19+BaTiO3)/聚苯胺复合材料，并将其引入环氧树脂和聚乙烯中作为微波和红外吸收剂，并通过热红外成像图表明由Ba Fe12O19和Ba Ti O3包覆后的聚苯胺复合材料被红外热成像仪探测到的可能性明显减小。
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铁氧体/高分子复合材料
铁氧体吸波剂是发展最早、应用最广的雷达波隐身材料之一,目前仍是研制薄层宽带吸波材料的主体,主要有六角晶系铁氧体和尖晶石型铁氧体,尤其是六角晶系铁氧体,具有片状结构,在吸收低频和高频雷达波方面将有良好的发展前景。
Shen等采用溶胶-凝胶法制备M型BaFe12O19和W型BaCo2Fe16O27两种结构的六角晶系铁氧体,进而以环氧树脂为粘结剂通过与短碳纤维的复合得到了具有双层复合结构的吸波层,表现出良好的吸波性能。这种双层复合吸波层的频带宽达3.2GHz反射衰减小于-10dB),12.7GHz处的强吸收峰值可达-22.0dB。这种双层复合吸波层的频带宽达3.2GHz(反射衰减小于-10dB),12.7GHz处强吸收峰可达-22.0dB。
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隔热材料
隔热材料是利用其热导率低的性质，阻隔物体发出的热量使其不会发散出来，从而达到降低物体红外辐射强度的目的，起到红外隐身的效果。空心陶瓷微珠是一种性能稳定、尺寸微小的中空结构球体，具有优异的隔热性能，能使被保护目标的红外辐射能较包覆前明显降低。
吕晓猛利用化学镀镍工艺制备了一种空心陶瓷微珠基红外低发射率材料，对其发射率和热辐射能等红外性能进行表征，并将其与几种常用填料——铝粉、锌粉、铁粉等进行比较。结果表明该材料在8～14nm波段平均红外吸收率从34.2%降至13.9%，红外发射率从0.85降至0.65；在相同温度下空心微珠的红外辐射能明显低于常用金属填料，可作为一种较为理想的隔热材料应用于红外隐身涂料研制领域。
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研究前景
随着多模技术的发展,传统具有单一隐身功能的材料已经无法同时躲避多种探测手段的围攻,随着先进红外/紫外探测器、米波段雷达、毫米波段雷达等新型先进探测器的相继问世,对原有的隐身手段提出了新的严峻挑战。这就要求隐身材料具备宽频带吸波特性,即可用同一种隐身材料对抗多种波段的电磁波源的探测。因此发展具有多频谱兼容的多功能复合隐身材料。成为未来隐身技术发展的重点之一。
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参考文献
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[5]王薇.低发射率红外隐身材料的制备与应用[D].上海:东华大学,2015.
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编辑丨汪礼勇
校对丨浩林 张艳 濮雪 张佳琪
