1.引言

雷達(dá)隱身技術(shù)主要是指對(duì)工作在3MHz～300GHz范圍內(nèi)雷達(dá)的隱身技術(shù)，其中厘米波段（2～18GHz）是非常重要的雷達(dá)探測(cè)波段，也是現(xiàn)階段世界各國(guó)力求突破的超寬頻帶雷達(dá)隱身技術(shù)研究的重點(diǎn)。隨著雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以及目標(biāo)外形技術(shù)越來(lái)越受到戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的限制，原有的雷達(dá)隱身材料存在頻帶窄、效率低、密度大等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到一定限制，迫切需要開(kāi)發(fā)新型吸波材料和相應(yīng)的隱身技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外在進(jìn)一步提高與改進(jìn)傳統(tǒng)隱身材料性能的同時(shí)正致力于多種新材料的探索，碳納米管材料、導(dǎo)電聚合物材料、納米材料等逐步應(yīng)用到雷達(dá)波隱身材料中，從而滿(mǎn)足對(duì)新一代雷達(dá)隱身材料吸收強(qiáng)、頻帶寬、質(zhì)量輕、厚度薄的要求。

2.導(dǎo)電高聚物吸波材料

導(dǎo)電纖維摻混于常規(guī)粉體吸收劑中，可以較大幅度地提高材料的吸波性能。導(dǎo)電纖維的摻混量有一個(gè)最佳值。通過(guò)適當(dāng)?shù)钠ヅ?，可以制得寬頻雷達(dá)吸波材料。但是，得到的材料在低頻波段的吸波效果很差，如何解決低頻波段材料的雷達(dá)吸波性能，仍應(yīng)進(jìn)一步探討和驗(yàn)證。由于導(dǎo)電高聚物密度小、中低溫性能良好，近年來(lái)得到廣泛的研究和應(yīng)用。Krishadham等人研究了以碘經(jīng)過(guò)化學(xué)或離子注人法摻雜的聚苯乙炔、聚乙炔和對(duì)苯撐-苯并雙噻吩導(dǎo)電高分子吸波材料，經(jīng)摻雜制得的聚合物單層吸波涂層的反射衰減為-15dB，吸收帶寬可達(dá)3GHz。Oldedo等研究的聚吡咯、聚苯胺、聚-3-辛基噻吩在3cm波段內(nèi)均有8dB以上的吸收率。TruongVT等研究了厚度為2.5mm、含2％聚吡咯的吸波材料，其在12~18GHz的反射率小于-10dB?？椎旅鞯扔名}酸摻雜聚苯胺（PAn）和FeCl3。摻雜H2SO4-PAn按一定比例混合，在8～14GHz頻段內(nèi)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該吸波材料在頻寬3.66GHz內(nèi)的平均衰減為13.37dB，最大衰減為26.70dB。

3.磁性粒子類(lèi)吸波材料

磁性粒子類(lèi)吸波材料大都具有較高的磁損耗正切角，主要依靠磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等極化衰減來(lái)吸收電磁波，常見(jiàn)的有鐵氧體、金屬微粉、多晶鐵纖維等。鐵氧體是發(fā)展最早較為成熟的吸波材料，主要有鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體和鋇系鐵氧體等，其吸波機(jī)理是磁疇自然共振。鐵氧體分為尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型，其中以六角晶系片狀磁鉛石型的吸波性能最好，因六角晶系片狀磁鉛石型鐵氧體具有較高的磁性各向異性等效場(chǎng)，其自然共振頻率較高，表現(xiàn)出優(yōu)良的高頻吸波性能。MeshramMR等制備的六角晶型鐵氧體吸波材料在8～12GHz的頻段內(nèi)，最大吸收為16.5dB，最小吸收為8dB。張永詳?shù)戎苽淞撕駷?mm、面密度為5kg/m2的鐵氧體吸波材料，其在8～18GHz頻帶范圍內(nèi)的吸收率均大于10dB。此外，由于納米鐵氧體的粒子比表面積大，表面原子能帶結(jié)構(gòu)不同于體內(nèi)，有較高的矯頑力，可引起磁滯損耗、界面極化和多重散射等吸波機(jī)制；同時(shí)納米粒子的尺寸遠(yuǎn)小于電磁波的波長(zhǎng)，其電磁波的透過(guò)率也遠(yuǎn)高于一般吸波材料。Ruan等研究發(fā)現(xiàn)，粒徑為5μm的鐵氧體樣品的最大反射率為-17dB，反射率小于-10dB的帶寬為3.5GHz，而粒徑為65nm的鐵氧體樣品最大反射率為-28.5dB，反射率小于-10dB的帶寬達(dá)5GHz。黃婉霞等人研究了在1～1000MHz頻率范圍內(nèi)Fe3O4 的粒度對(duì)電磁波吸收效能的影響，結(jié)果表明，納米級(jí)Fe3O4的粒度越小，其吸波效能越高。磁性金屬微粉是一類(lèi)兼有自由電子吸波和磁損耗的吸波材料，主要有鈷、鎳、鈷-鎳合金、鐵-鎳合金、鋁-鎳合金及各種有機(jī)改性金屬等微粉，著名的F／A-18c／D“大黃蜂”隱身飛機(jī)使用的就是羰基鐵微粉吸波材料。磁性金屬微粉磁導(dǎo)率較高、溫度穩(wěn)定性好，但其抗老化、耐酸堿能力、頻譜特性等性能差。多晶鐵纖維有較強(qiáng)的渦流損耗、磁滯損耗及介電損耗。作為良導(dǎo)體的多晶鐵纖維，當(dāng)有外界交變電場(chǎng)作用時(shí)，纖維內(nèi)的自由電子發(fā)生振蕩運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生振蕩電流，將部分電磁波能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。美?guó)3M公司研制的多晶鐵纖維吸波涂層，在 5～16GHz頻段內(nèi)可以衰減30dB。導(dǎo)電高聚物與磁性粒子復(fù)合兼顧了介電與磁損耗吸波特征，雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但也存在一些不足。要開(kāi)發(fā)出輕質(zhì)、強(qiáng)吸收、寬頻、電磁參數(shù)可調(diào)并綜合性能好的導(dǎo)電高聚物／磁性粒子復(fù)合吸波材料，就需要在下面幾個(gè)方面作進(jìn)一步的研究：①宏觀與微觀相結(jié)合探討導(dǎo)電高聚物／磁性粒子復(fù)合的吸波機(jī)理；②材料的尺寸與種類(lèi)的選擇、優(yōu)化；③復(fù)合吸波材料的制備工藝與技術(shù)。

4.寬頻輕質(zhì)導(dǎo)電高分子吸收材料

導(dǎo)電高分子材料（PA、PAn、PPy、PTh、PPV等）具有分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、成本低、易合成、加工方便，同時(shí)又具有對(duì)不同頻率的微波產(chǎn)生吸收，且吸收頻段寬、密度?。?.0~2.0g/cm3）、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，有望發(fā)展成為新型寬頻有機(jī)吸波材料。理論分析表明，控制材料顆料的尺寸在納米到亞微米之間（7nm～3μm），且具有片狀或管狀微觀形貌是改善雷達(dá)吸波材料的有效途徑，這就為導(dǎo)電高分子吸波材料的研制和發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。目前，通過(guò)選擇不同的合成方法和反應(yīng)條件可制備出各種結(jié)構(gòu)與形貌特點(diǎn)的納米-亞微米導(dǎo)電高分子材料（如納米粒子、納米線(xiàn)、納米捧、納米纖維、納米自組裝薄膜、納米層狀薄膜等），從而獲得輕質(zhì)、寬頻的吸波性能[2]。MarcDiarmid研究發(fā)現(xiàn)2mm厚的導(dǎo)電聚乙炔（PA）薄膜對(duì)-35GHz的微波吸收率可達(dá)90％；法國(guó)LaurentOlmedo研究了聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PAn）、聚（3-辛基-噻吩）在0～20GHz內(nèi)的微波吸收性能，發(fā)現(xiàn)吸波性能隨頻率的變化而變化，反射率平均值為-8dB，最大衰減可達(dá)到-48.5dB（-13.7GHz），且頻寬達(dá)到5.64GHz，而密度只有 2.5kg/m3；同樣對(duì)聚（辛基-3-噻吩）研究發(fā)現(xiàn)，涂層厚度變大2～8mm，吸波反射率系數(shù)變小，且向低頻波段移動(dòng)；Biscaro采用（PU／PAn）共混復(fù)合形成的涂料，涂覆在鋁板（120mm×120mm）上形成膜厚為1.8～2.1mm的涂層，然后測(cè)試吸波性能，最大的反射率R為 -23.3dB，且隨摻雜劑CSA物質(zhì)的量的不同，PAn含量不同，吸收峰和反射率R也不同。Faez用（PAn/EPDM）復(fù)合共混物壓制成橡膠吸波貼片，測(cè)試其吸波性能。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻雜劑、PAn與DBSA的物質(zhì)的量的配比、PAn與EPDM的質(zhì)量配比都會(huì)影響反射率R；在8～12GHz測(cè)試，厚度增大1～3mm，反射率R（-10GHz）由-28dB增大到-35dB；I~PAn-（DBSA）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同（厚度為1.0mm），為30%、 50%、80％，則其反射率R分別為-25dB（-8GHz）、-27dB（-9.5GHz）、-32dB（-10GHz）；當(dāng)共混加工時(shí)間增加時(shí)，反射率R也增大（-25dB，10min，-37dB，35min）；同樣，共混加工時(shí)間相同，配比不同，則反射率R也不相同，這說(shuō)明PAn含量及分布、摻雜劑含量及共混加工時(shí)間和工藝條件等都會(huì)顯著影響導(dǎo)電高分子橡膠貼片材料的吸波性能。采用熱壓成型技術(shù)制備（PAn/EPDM）復(fù)合共混物橡膠吸波貼片，弓形法測(cè)試（航天一院621研究所）表明，在2～18GHz頻段可設(shè)計(jì)制作輕質(zhì)、寬頻導(dǎo)電高_(dá)_分子聚苯胺吸波貼片，平均吸收可達(dá)到-10dB，且具有明顯的寬頻效應(yīng)。同時(shí)，采用原位共混復(fù)合技術(shù)可制備無(wú)機(jī)導(dǎo)電高分子納米復(fù)合微波吸收材料，將具有金屬磁性損耗的超細(xì)羰基鐵顆粒（納米-亞微米）與導(dǎo)電高分子材料復(fù)合而形成一種新型輕質(zhì)、寬頻、強(qiáng)吸收、涂層薄的涂層吸波材料使用。導(dǎo)電高分子磁性納米復(fù)合吸波材料由于集功能性導(dǎo)電高分子材料的特性與納米磁性粒子的特性于一身，具有性質(zhì)多樣、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，而成為吸波材料領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。因此，不同摻雜態(tài)的導(dǎo)電高分子微波吸收材料可作為智能型寬頻雷達(dá)吸收劑材料在民用吸波材料和軍事隱身材料中獲得廣泛和重要的應(yīng)用。

5.新型輕質(zhì)雷達(dá)吸波材料

5.1 空心微珠吸波材料

近年來(lái)，國(guó)外對(duì)空心微珠開(kāi)展了較多研究，美國(guó)以3μm左右玻璃球?yàn)檩d體，鍍上以Ni、Al、W等為損耗層的10nm左右薄膜。當(dāng)采用厚度為 2nm的球形多層顆粒膜、在8～18GHz頻率范圍厚度為2.5mm時(shí)，吸收率可達(dá)-20dB。徐堅(jiān)等采用化學(xué)鍍法，以AgNO3取代PdC12作為活性劑，利用H2PO2的還原性完成活化過(guò)程，制備了NiCoP合金包覆的空心微珠粉末，SEM分析表明NiCoP合金包覆在空心微珠表面。葛凱勇等利用化學(xué)鍍鎳對(duì)空心微珠表面進(jìn)行鍍鎳改性，改性后的微珠表面均勻地附著金屬鎳，用其制備的吸波材料在16.6～18.0GHz波段吸收率小于-10dB，最大吸收率可達(dá)-13dB。

5.2 碳納米管吸波材料

碳納米管表現(xiàn)出優(yōu)良的吸波性能，同時(shí)具有質(zhì)量輕、兼容性好、吸波頻帶寬等特點(diǎn)，是新一代最具發(fā)展?jié)摿Φ奈ú牧?。沈增民等用豎式爐浮游法制備的碳納米管的外徑為40～70nm，內(nèi)徑為7～10nm，長(zhǎng)度為50～1000μm，碳納米管呈直線(xiàn)狀，用化學(xué)鍍方法在碳納米管的表面鍍上一層均勻的過(guò)渡金屬鎳。碳納米管吸波涂層在厚度為0.97mm時(shí)，在8～18GHz，反射率小于-10dB的頻寬為3.0GHz，反射率小于-5dB的頻寬為 4.7GHz。鍍鎳碳納米管吸波涂層在厚度為0.97mm時(shí)，反射率小于-10dB的頻寬為2.23GHz，反射率小于-5dB的頻寬為4.6GHz。曹茂盛等添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的碳納米管的吸波材料在8～40GHz波段有明顯的吸收。隨著材料厚度的增加，吸收峰移到14GHz，吸收峰向低頻移動(dòng)。厚度為 5.5mm的吸波試樣，對(duì)應(yīng)于頻率為10GHz的反射率為-8dB。碳納米管良好的吸波特性，意味著可以設(shè)計(jì)出既吸收厘米波又吸收毫米波的雷達(dá)波吸收材料。劉云芳等采用豎式催化裂化解法制備出碳納米管，然后采用KOH進(jìn)行活化，使碳納米管的比表面積從24.5m2/g提高到360.1m2/g，而且碳納米管的各種類(lèi)型的空結(jié)構(gòu)都得到增加；微波吸收性能的研究表明，采用KOH進(jìn)行活化碳納米管的吸收性能優(yōu)于未活化碳納米管的吸收性能，活化還可以使碳納米管的微波吸收能力加強(qiáng)、吸收頻率寬化。

5.3 導(dǎo)電高聚物吸波材料

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，美、法、日等國(guó)相繼開(kāi)展了導(dǎo)電高聚物雷達(dá)吸收材料的研究，設(shè)想將其作為未來(lái)隱身戰(zhàn)斗機(jī)及偵察機(jī)的“靈巧蒙皮”及巡航導(dǎo)彈頭罩上的可逆智能隱身材料等。法國(guó)Iaruent研究了聚吡咯、聚苯胺、聚-3-辛基噻吩在0～20GHz內(nèi)的雷達(dá)波吸收性能，發(fā)現(xiàn)吸波性能隨雷達(dá)波頻率變化而變化，平均衰減值為-8dB，最大衰減值可達(dá)到-36.5dB，且頻寬為3.0GHz。Wong等人成功地用化學(xué)氧化法在紙基質(zhì)上制備大面積的聚吡咯膜，該膜具有很好的柔韌性，在雷達(dá)波X波段表現(xiàn)了極好的吸收性能和寬頻吸收特性，材料阻抗和吸波特性隨頻率和入射角的變化而變化。 Franchitto等人利用十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺與乙丙橡膠共混制成的復(fù)合材料，厚度3mm，在X波段反射率低于-6dB，峰值達(dá)到-15dB。導(dǎo)電高聚物作為一種新型的吸波材料，具有質(zhì)量輕、力學(xué)性能好、組成與結(jié)構(gòu)容易控制、導(dǎo)電率變化范圍很寬等特性，在電磁波吸收方面顯示出很強(qiáng)的設(shè)計(jì)適應(yīng)性。在較早的研究中表明，單獨(dú)的導(dǎo)電聚合物材料吸收頻帶較窄，為適應(yīng)未來(lái)的隱身材料高效、寬帶、質(zhì)量輕、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，還需改善導(dǎo)電高聚物的磁損耗性能。 Pant等人發(fā)現(xiàn)可以將導(dǎo)電高聚物與無(wú)機(jī)磁損耗物質(zhì)復(fù)合來(lái)提高導(dǎo)電高聚物的磁損耗性能，使其兼具電損耗與磁損耗的性能，展寬吸收頻帶。遺傳算法可制備頻率在0.2~2.0GHz到0.2~8.0GHz的寬頻輕質(zhì)吸波涂層。

5.4 納米吸波材料

由于納米材料在具有良好吸波特性的同時(shí)還具有頻帶寬、兼容性好、面密度低、涂層薄的特點(diǎn)，美、俄、法、德、日等國(guó)都把納米材料作為新一代隱身材料加以研究和探索。納米涂料指的是將納米粒子用于涂料中獲得具有某些特殊功能的涂料。一方面納米涂料在常規(guī)的力學(xué)性能如附著力、抗沖擊、柔韌性方面會(huì)得到提高，另一方面有可能提高涂料的耐老化、耐腐蝕、抗輻射性能。此外，納米涂料還可能呈現(xiàn)出某些特殊功能，如自清潔、抗靜電、隱身吸波、阻燃等性能。目前，用于涂料的納米粒子主要是一些金屬氧化物如TiO2、Fe2O3、ZnO等和一些納米金屬粉末，如納米Al、Co、Ti、Cr、Nd、Mo等以及一些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)如CaCO3和層狀硅酸鹽如一維的納米級(jí)黏土。納米隱身涂料（雷達(dá)波吸收涂料）指能有效地吸入雷達(dá)波并使其散射衰減的一類(lèi)功能涂料。當(dāng)納米級(jí)的羥基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末改性的有機(jī)涂料涂到飛機(jī)、導(dǎo)彈、軍艦等武器設(shè)備上，可使這些裝備具有隱身性能。其原理：一方面，納米超細(xì)粉末具有很大的比表面積，能吸收電磁波；另一方面，納米粒子尺寸遠(yuǎn)小于紅外線(xiàn)及雷達(dá)波長(zhǎng)，對(duì)波的透過(guò)率很大，因此不僅能吸收雷達(dá)波，也能吸收可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)。在目前研究的納米粒子中，納米ZnO等金屬氧化物由于質(zhì)量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為吸波涂料的研究方向之一。另?yè)?jù)報(bào)道，美國(guó)研究的超細(xì)石墨粉納米吸波涂料，對(duì)雷達(dá)波的吸收率大于99%，其它金屬超細(xì)粉如Al、Co、Ti、Cr、Nd、Mo、18-8不銹鋼、Ni包覆Al也是很有潛力的吸波納米粉體。研究高性能、寬頻帶吸波涂料以展寬有效頻帶、實(shí)現(xiàn)多頻譜隱身效果，這是吸波涂料未來(lái)發(fā)展的主要方向。同時(shí)應(yīng)研究各種新的吸收劑，探討新的吸波機(jī)理，以滿(mǎn)足吸波涂層所追求的“薄、輕、寬、強(qiáng)”的目標(biāo)。美、法、日等世界軍事發(fā)達(dá)國(guó)家在納米隱身材料的研究方面已取得長(zhǎng)足的進(jìn)展，目前正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見(jiàn)光等波段的多頻譜納米復(fù)合隱身材料。我國(guó)對(duì)納米隱身材料的研究雖然取得了一定的成效，但應(yīng)繼續(xù)加大這方面的研究和投入[6]。5.5智能型隱身材料智能型隱身材料屬于一種具有感知、信息處理及自適應(yīng)功能，并對(duì)信號(hào)能做出最優(yōu)響應(yīng)的功能材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。表面噴涂了智能型隱身材料膜層的飛行器可自動(dòng)檢測(cè)出并改變其表面溫度、控制紅外輻射特征，它為雷達(dá)吸波材料的設(shè)計(jì)提供了一種全新的途徑。目前這種新研制開(kāi)發(fā)成的智能型隱身材料和結(jié)構(gòu)，皆已在軍事和航空航天領(lǐng)域內(nèi)得到日益廣泛的應(yīng)用。目前已應(yīng)用于飛行器與天線(xiàn)融合的智能蒙皮、用于潛艇的吸聲智能蒙皮及可根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境變化自動(dòng)保持一致的光隱身蒙皮等。同時(shí)這種能根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境變化自動(dòng)地調(diào)節(jié)自身的結(jié)構(gòu)與性能，并能對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境作出最優(yōu)響應(yīng)的設(shè)想，亦為隱身材料及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一種嶄新的途徑，使智能隱身目的得以實(shí)現(xiàn)。美國(guó)于2005年研制出可單獨(dú)控制輻射率/反射率的涂層，2010年將會(huì)研制出能自動(dòng)地對(duì)作戰(zhàn)背景及威脅作出及時(shí)反應(yīng)的自適應(yīng)涂層體系。其它世界軍事強(qiáng)國(guó)亦不遺余力地進(jìn)行各種有效的運(yùn)作。美海軍正在研究利用智能隱身材料制造能抑制發(fā)電機(jī)噪聲外傳的智能結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)罩；美空軍提出直升機(jī)旋翼采用智能隱身材料的方案，隱身能力可提高20倍。目前開(kāi)展的智能隱身材料的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：智能蒙皮、雷達(dá)波智能隱身、紅外及可見(jiàn)光智能隱身。美國(guó)是最早研究智能隱身材料的國(guó)家之一，西屋公司從事智能飛機(jī)蒙皮的研究是用嵌入蒙皮的共形系統(tǒng)來(lái)代替天線(xiàn)和黑箱，與常規(guī)的飛機(jī)雷達(dá)天線(xiàn)相比，共形系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它可以安裝在飛機(jī)上像翼尖這樣通常難以安裝的部位，通過(guò)定向操作達(dá)到隱身的目的。目前美國(guó)空軍正在研究采用光纖傳感器作隱身飛機(jī)靈巧蒙皮，其方法是在光纖靈巧蒙皮內(nèi)嵌入保型雷達(dá)、導(dǎo)航設(shè)備、目標(biāo)搜索和各種傳感器件，使光纖數(shù)字電路遍布飛機(jī)機(jī)翼內(nèi)，這種戰(zhàn)斗機(jī)不僅可以隱身，而且靈敏度高，易操作。智能隱身材料的應(yīng)用降低了電子系統(tǒng)本身的質(zhì)量和成本，智能光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅線(xiàn)減少至少80%的質(zhì)量。用智能纖維增強(qiáng)的聚合物作隱身的結(jié)構(gòu)材料，不僅降低了雷達(dá)的散射截面，同時(shí)把飛機(jī)的質(zhì)量也減輕了50%。

6.結(jié)語(yǔ)

隨著探測(cè)系統(tǒng)性能的提高和種類(lèi)的增多，武器裝備面臨的戰(zhàn)爭(zhēng)威脅更加惡劣，對(duì)其隱身性能的要求更高，相應(yīng)的對(duì)目標(biāo)雷達(dá)特征抑制的主要手段之一的雷達(dá)隱身材料提出了更高的要求。傳統(tǒng)的雷達(dá)隱身材料已經(jīng)很難滿(mǎn)足隱身材料“薄、輕、寬、強(qiáng)”的要求，空心微珠吸波材料、碳納米管吸波材料、導(dǎo)電高聚物吸波材料、納米吸波材料和智能隱身技術(shù)由于質(zhì)輕以及其特殊的吸波性能，將是今后的重點(diǎn)研究發(fā)展方向。