这是隐身领域的“明星”材料

文摘 2024-10-27 10:30 辽宁

在现代军事战争中，为实现武器的远距离伪装，隐身技术一直都是各国的重点研究对象。随着米波、分米波等雷达在军事领域的大规模应用，飞行器受到的空中威胁愈来愈大。因此，研究雷达隐身技术具有重要的军事意义，而隐身技术的进步离不开新型隐身材料的研发。

石墨烯具有一种特殊的结构，它可以形成纳米尺度的“天线森林”，高效地吸收电磁波并转化为热能，从而降低其雷达反射率，达到隐身的效果。那么石墨烯这种“明星材料”到底具有哪些优势呢？

雷达隐身——电磁波段匿痕迹。石墨烯的高导电性使其成为一种理想的隐身材料。传统的隐身技术通常使用金属网格或金属箔来反射或吸收电磁波，但这些金属材料会产生明显的反射和散射。相比之下，石墨烯具有非常低的反射率和散射率，可以有效地抑制电磁波的传播，降低雷达探测到的信号强度。这使得石墨烯能够在电磁波频段内实现隐身效果。B-2隐身轰炸机，采取局部涂吸波材料的方法，吸收部分电磁波，使雷达探测误把其认为是小鸟。

红外隐身——红外波段隐形态。传统的红外隐身材料通常使用金属或碳纳米管等材料，但这些材料通常重量大、成本高、制备困难。相比之下，石墨烯作为一种新型材料，能够极大程度地克服传统材料的不足，同时对红外光的吸收率也高达约2.3%。这是因为石墨烯具有优异的热传导性能，可以迅速将热量传导到周围环境中，减少红外辐射。此外，石墨烯具有非常低的反射率和散射率，在红外波段内几乎不会对红外辐射产生明显的反射和散射。这使得石墨烯能够有效地抑制红外辐射的传播，并减少被红外探测器探测到的可能性。美F-117A战斗机外形奇特，整架飞机几乎全由直线构成，进气口用相距1.5厘米的碳吸波复合材料格栅屏蔽起来，以防止雷达直接照射到发动机风扇叶片上，隐身效果明显。

光学隐身——裸眼条件难辨识。光学透明的装甲通常用于保护行驶车辆中的重要人物免于遭受爆炸或弹丸攻击，可用于陆地或空中交通工具的窗户或者防风板、水中舰艇的保护观察窗等。传统的隐身材料通常会降低光的透过率，导致物体变得模糊或不可见。而石墨烯具有的高透明度，对光的透射率可达97.7%，可以使光线通过并保持物体的可见性，它这使得石墨烯可以作为一种有效的光学隐身材料，可以在不影响光线传播的情况下隐藏物体。此外，石墨烯具有极高的光吸收率，可以有效地吸收入射光线，减少反射光的产生，从而降低被光学设备探测到的可能性。

超高强度——柔韧抗压易复合。石墨烯的高强度和柔韧性使其能够应对各种环境条件下的应力和变形。这对于隐身技术来说非常重要，因为隐身材料需要能够承受外界的压力和冲击而不损坏。石墨烯的高强度和柔韧性使其成为一种理想的隐身材料，可以在各种复杂环境中保持其隐身性能。美国莱斯大学在石墨烯抗冲击研究中发现，石墨烯受到硅石球高速冲击时能迅速分散冲击力，吸收入射能量的能力比钢强十倍。将石墨烯与其它轻质高强材料复合，有望获得高性能隐身轻型装备。例如，将Cr、Si、Ni三种金属在奥氏体不锈钢上面制备了一层快速凝固的高温耐磨γ/Cr3S金属硅化物复合涂层，在600℃的高温耐磨实验中，该涂层的耐磨性能比未附涂层的奥氏体不锈钢提高了六倍，该涂层应用在航天器材的表面，不会在与大气层撞击摩擦时对航天器的内部造成不利影响。

精准调控——宽频灵活稳吸收。石墨烯还具有可调控的隐身性能。通过调整厚度或添加化学修饰物，可以改变石墨烯对光的吸收能力，实现对不同波段光的选择性吸收，从而实现更精确的光学隐身效果；通过控制石墨烯的结构和化学组成，可以改变其电磁波吸收和散射特性。例如，通过调整石墨烯的层数和缺陷结构，可以实现对不同频段电磁波的选择性吸收和散射。这为石墨烯在隐身技术中的应用提供了更大的灵活性和可调节性。

如虎添翼——隐身减重强抗压。在战斗机机身应用石墨烯隐身蒙皮，可以大大提高其综合性能。这款材料把隐身涂层和战机蒙皮有机结合到一起，使得战机不用在每次出动前都需要喷涂隐身材料，战机的隐身涂层从此成了一件堪用品，节省了大量的人力物力。普通的战机蒙皮要承受巨大的压力，因此战机蒙皮多采取半硬质材料，而传统的金属合金材料羰基铁、羰基镍等金属微粉磁导率较高，可有效损耗电磁波，但耐腐蚀性差，密度较大，会使得战机空重增加，复合材料的出现使得情况有所改善，但收效甚微。而石墨烯除了具备吸波特性之外，还具备强度高、重量低的优点，可以直接作为战斗机的蒙皮，在降低重量的同时，大大提高了蒙皮的抗压能力。

随着隐身技术的不断发展和成熟，石墨烯将为军事作战提供更多的优势，并对战场态势和作战结果产生积极的影响。军事平台在表面加以石墨烯涂层轻型化设计，可使平台具有更好的灵活性，并降低燃战机的空重，从而提高了战机的载荷、机动性。（刘钟、卢留阳、张兆鑫）

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