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功能材料
--------红外隐身材料
学
院：
材料与化学化工学院
专
业：
材料科学与工程
班
级：
材料一班
姓
名：
赵晓健
学
号：
201002040103
指导老师：
李峻峰
2013.11.30
红外隐身材料 摘要：廉、 制造施工方便， 且不受目标几何形状限制等优点一直受到各国的重视， 是近年来发展最红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种， 因其坚固耐用、 成本低快的热隐身材料， 如美国陆军装备研究司令部、 英国材料系统部、 澳大利亚国防科技组织的材料研究室、 德国和瑞典巴拉居达公司均已开发了第二代产品， 有些可兼容红外、 毫米波和可见光。
近年来美国等西方国家在探索新型颜料和粘接剂等领域作了大量工作。
新一代的热隐身涂料大多采用热红外透明度。国内外目前研制的红外隐身材料主要有单一型和复合型两种。
关键词：红外隐身； 机理； 合成与制备； 发展趋势 Infrared stealth materials
Zhao Xiaojian <Materials Science and Engineering> Abstract：stealth materials,because of its stand-up,low cost , ease of manufacture and no limit to Target Infrared stealth materials is the most important one of the thermal infrared geometry and so on.So,many countries have been paying attention to it which is the the fastest growing thermal infrared stealth materials,such as U.S. Army Research Command,English Material Systems,Australian Defence Science and Technology organization for materials research,Germany and Sweden Bala ranks of the company that have developed a second generation product， some of them can compliant infrared ,millimeter wave and visible light.United States and other Western countries made a lot of work explore new areas of pigments and adhesives in recent years. Most of the new generation of thermal stealth coatings use the thermal infrared transparency.At present,there are single and composite types of he thermal infrared stealth materials in domestic and abroad. Key words:Infrared stealth ； Mechanism； Synthesis and preparation； trends 0 引言
隐身不是一个新想法， 随着现代军事技术的发展， 雷达、 毫米波、 红外、 激光、 多光谱和声波等现代探测和制导技术大量应用于武器系统中。
红外隐身技术是现代隐身技术中越来越重要的技术领域， 20 世纪 80 年代中期以来， 红
外探测和制导技术迅速发展， 红外型探测器仅次于雷达， 约占 30%， 而在精确的制导武器中， 占 60%， 红外隐身技术按波段分， 分为近红外 （0.76-2.6um）
和中红外 （3-5um 和 8-14um）两类。
近红外隐身技术， 它本质上是可见光隐身技术在长波方向上的扩展， 二次世界大战后已经开始研究， 进展比较大， 主要用于静止、 常温的目标。
但随着红外探测和制导技术的迅速发展， 武器的中远红外目标特征成为被侦测的主要特征。
因此， 自 70 年代中期以来中远红外隐身技术的研究得到了普遍的重视。
目前， 红外隐身技术在各种武器和地面目标上的应用都在进行研究。
本文主要描述了红外隐身材料的结构特征， 功能新的机理以及性能特点， 合成与制备方法， 应用领域以及发展趋势等。
1 红外隐身原理
实现红外隐身最有效的技术途径是控制物体表面温度和降低表面发射率。红外隐身就是利用热抑制和屏蔽、 降低发射率等措施， 降低或改变目标的红外辐射特征， 从而实现对目标的低可探测性。
物体热红外辐射能量 M 遵循 Stefan-Boltzmann 定律：
M =ε σ T 式中：
σ 为斯-玻常数； T 为被测目标表面温度； ε 为物体的发射率。
从上式可以看出：
目标的辐射强度与ε 和 T4 成正比。
2 隐身材料的结构与制备 2.1 红外隐身材料的结构 隐身涂层：
由粘合剂和填料组成， 可从填料和粘合剂两个方面入手。
填料一般由有金属填料、着色填料、 半导体填料等等。
粘合剂分为有机和无机两大类,其中以有机粘合剂种类最多。
2.2 红外隐身涂层的制备 2.2.1 AZO 涂层的制备 金属粉末的发射率相对比较稳定而且低， 主要是由于金属比较活泼， 在红外频段吸收很少，在整个波段散射和反射都很大， 对污染的耐受力差， 灰尘和水分能使其发射率明显增高， 因此是一个较为理想的选择。
AZO 便宜、 无毒和对 H2 等离子体有高稳性。
AZO 在一定条件下， 有更低的红外发射率率和高的反射率。
AZO 薄膜制备（溶胶凝胶法）
Zn(CH3COO)2.2H2O 和 AlCl3.6H2O 室温下溶解在 2-甲氧基乙醇和单乙醇胺的混合溶液中，单乙醇胺与醋酸锌的摩尔比为 1.0， 醋酸锌的浓度是 0.5mol/L， 将得到的溶液在 60℃下搅拌2h， 得到澄清、 均匀分布的溶液， 室温下陈化 24h。
AZO 薄膜在通过在石英玻璃重复浸涂
制得， 每个样浸相同的次数以便到相似的厚度。
将 Al 掺杂量分别 5,6,7at%的薄膜在600,700,800℃下热处理 1h。
图 1
（a）
不同热处理温度的 AZO 膜和 800℃热处理的 ZnO 膜 XRD （b）
不同 Al 掺杂量 AZO 薄膜 XRD Fig.1 (a) AZO and 800℃ Zno XRD of different temperature.
(b)AZO of different Al
Al3+的掺杂没有改变 ZnO 晶体结构 2.2.2 ORMOSIL-PANI/CB 涂层的制备 有机改性硅酸盐-聚苯胺/炭黑（Ormosil -PANI/CB）
的混合涂层是通过将不同的 CB（10-30 wt%）
和 PANI/CB（10~30wt%）
通过溶胶-凝胶技术合成。
这些混合物薄膜通过旋转涂布在一种铝合金上， 可以改进防腐蚀性能， 同时作为红外隐身涂层。
3-缩水甘油丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）
和四乙氧基硅烷（TEOS）
置于含有 0.05mol/L 的HNO3 溶液的烧杯中， 搅拌 3 天， 再加入固化剂四乙烯五胺 （TEPA）。每 10ml 的 GPTMS-TEOS溶胶中加入 5ml 3mol/L 的 TEPA， 搅拌 3h。
准备好就可以在预洗过的 6061-T6 和 2023-T3铝合金上涂布一层不透明薄膜。
薄膜晾 24h， 60℃烘 2h， 100℃2h。
2.2.3 相变/微胶囊隐身涂层的制备 芯材：
石蜡和低熔点脂肪酸混合 壁材溶液制备：
按比例配制一定量的明胶水溶液， 水浴升温至 50℃， 搅拌， 使明胶溶胀至完全溶解， 形成低粘度溶液。
壁材的沉积：
将制备好的芯材乳液加入高速搅拌的完全溶解的明胶溶液中， 滴加一定量的乙醇进行促凝， 同时改为低速搅拌大约 30min， 壁材明胶胶体凝结于颗粒状芯材单体上， 形成胶囊状颗粒。
微胶囊的固化与萃取：
向胶囊状颗粒混合液中滴加少许甲醛溶液， 使微胶囊壁材分子中的明胶发生交联， 增加壁材的坚固性； 适当作降温处理， 有利于微胶囊的固化； 将固化后的微胶囊萃取便可得到微胶囊成品颗粒。
整体形貌
局部形貌
图 2
PCM 的微观表面形貌(SEM) Fig.2
Microscopic surface topography of PCM (SEM) 3 红外隐身材料涂层的特点 （1）
既可用于目标的外部、 伪装网和隔热层上， 又可用于目标内部的发热部件；
（2）
既能降低、 改变目标自身的热辐射特征， 又能使目标的综合散射特 性与背景相适应，而且施工方便、 工艺简便、 品种较多；
（3）
涂层厚， 密度大， 可使材料增重， 且涂层受周围环境的影响较大 4 红外隐身材料的应用领域
针对现代战争中红外探测技术的日趋成熟和广泛应用,为提高武器装备和单兵的战场生存能力及安全性,有效地保障部队的战斗力,红外隐身技术的研究日益重要。
总的来看， 近红外隐身材料已经得到应用， 特别是对于地面目标， 起到良好的隐身作用。
5 红外隐身材料的发展趋势 事实上， 能使用的、 效果优良的中、 远红外隐身材料并不多， 特别是用于空中和海上的目标
的中、 远红外隐身材料进展很慢。
因此， 各国都在加紧研究中、 远红外隐身材料， 其主要发展方向：
（1）
研究新型的包括相变材料和耐高温、 薄层隔热材料在内的降温材料。
（2）
研究中远红外高度透明或高反射的颜料和粘结剂。
（3）
研制出具体的变频材料和杂化材料。
（4）
研制各种热迷彩图案和双层组合涂层。
（5）
研究能兼容微波隐身的宽波段中、 远红外隐身材料， 特别是飞行器用的中、 远红外隐身材料。
6 结论
本文给出了红外隐身材料的隐身机理， 涂层的结构与制备特点， 以及红外隐身材料的应用领域和发展趋势等。
红外隐身就是利用热抑制和屏蔽、 降低发射率等措施， 降低或改变目标的红外辐射特征， 从而实现对目标的低可探测性。
主要应用于各种武器装备中， 它是现代化战争的一种高科技军事技术。
随着制导技术的迅速发展， 各国已经加紧研究红外隐身技术， 但由于技术有限， 用于红外隐身的材料并不多， 特别是涂层材料的制备， 各国都将该技术严格加密。
因此， 研究红外隐身材料， 我们需要研制出更加先进的涂层， 才能更好地用于现代化战争。
7 参考文献 周鑫我. 功能材料学[M]. 北京：
北京理工大学出版社， 2002.3 张骥华. 功能材料及其应用[M]. 北京：
机械工业出版社， 2009.1
张左光. 功能复合材料[M]. 北京：
化学工业出版社， 2004.4
