隱身技術是一項跨學科的綜合技術 ,是一門多學科的系統工程 ,它涉及到電磁、材料、能量轉換、信息處理等學科和技術。它包括外形設計 ,電子對抗技術和使用隱身材料作為武器表面結構三個重要方面 ,多年來的研究表明 ,只有將上述三個方面有機地結合起來 ,才能獲得更好的隱身效果。

隱身材料是隱身技術的關鍵。目前 ,世界軍事大國正在開發的幾種新型隱身材料有: 手性材料、納米隱身材料、導電高分子材料、陶瓷類吸收劑、鹽類吸收劑、多晶鐵纖維吸收劑、等離子體吸收劑等 ,由于導電高分子材料的結構多樣化、密度小和獨特物理化學性質 ,引起科學界的廣泛重視 ^{[1～ 4 ]}。

許多新科學、新技術 ,一旦被發現 ,很快就被用于軍事上。導電高分子材料也是如此 ,自從問世以來 , 就被軍事技術專家看好 , 到目前為止 ,導電高分子材料正逐步被作為隱身材料應用于航空航天技術 , 本文就導電高分子材料在隱身技術中的應用進行介紹。

1 材料隱身的隱身機理

隱身技術是航空航天領域內出現的新技

術 ,它是指在一定的范圍內降低需隱身目標的信號反射特征或者減少自身特征信號的泄漏 ,使其難以被信號探測器發現的技術 ,包括雷達波隱身、紅外隱身及其它隱身技術 ^{[5 ]}。

材料隱身技術的關鍵是它必須能夠減弱、吸收、耗散和散射各種類型的電磁輻射。通過設計合理的材料性能和結構 ,使電磁波穿過材料時被吸收 ,轉換成熱能而散失掉 ,以至電磁波盡可能少地被反射到雷達或者各類探測器; 或者改變電磁波的頻率 ,使反射電磁波的中心頻率遠離探測器的接受頻率; 或者減小武器裝備自身電磁波的泄露 ,以達到隱身的目的。因此對材料隱身技術的研究就是對吸波材料、屏蔽材料和透波材料的研究。

按照吸波機理 ,吸波材料分為電阻型吸波材料、電介質型吸波材料和磁介質型吸波材料。電阻型吸波材料主要靠材料在電磁場中的導電或漏電損耗能量 ,材料的體積電阻率越小 ,吸波效果越佳 ,但材料的電阻率的降低卻增加了材料的反射能力 ,以至自由空間的電磁波難以進入材料的內部 ,不能達到吸波的目的。電介質型吸波材料主要是靠其在電磁場中的反復極化損耗能量 ,電介質材料的介電常數增加或損耗角正切增加都會提高吸波率 ,但介電常數的增加將導致材料表面反射能力的增強 ,不利于電磁波進入材料內部而被吸收 ,為了提高吸收效果 , 只有設法提高材料的介電損耗角正切。 磁介質型吸波材料對電磁場的損耗主要是磁滯損耗、渦流損耗、疇壁位移損耗、剩磁損耗以及共振損耗等多種損耗共同作用的結果 ,磁性吸波材料中所用的吸波劑大多是鐵氧體、羰基鐵粉、金屬鈷粉等磁性材料 ,通過它們與粘合劑以不同的比例、復合方式等途徑來調整吸波材料的參數 , 達到吸波的目的。

屏蔽材料的電磁屏蔽原理是采用低電阻的導體材料對電磁能流具有反射和引導作用 ,在導體材料內部產生與源電磁場相反的電流和磁極化 ,從而減少源電磁場的輻射。一般設備用的磁屏蔽材料大多為金屬材料 ,但在武器裝備上 , 使用金屬屏蔽材料要產生較大的反射面 ,不易作為屏蔽材料使用 ,故一般使用非金屬材料 ,主要為導電高分子材料 ^{[6 ]}。

材料的透波 ,主要是靠減小介電常數和介電損耗角正切值來實現。

2 材料隱身技術對材料的要求

隱身材料用的吸波材料根據用途可分為涂

層吸波材料和結構型吸波材料 ,其關鍵是選擇和調整材料的復介電參數 (_ ,X) ,以滿足吸波材料的電性能要求。為了增強實用性 ,滿足各種飛行器的特殊要求 , 吸波材料必須具有質輕、寬帶、吸波強、穩定性好、可設計性強等特點 ^{[7 ]}。而導電高分子材料由于具有結構的多樣化、獨特的物理化學性質 ,同時具有較強的可設計性 ,因此導電高分子材料正是滿足要求的材料之一。

3 導電高分子材料在隱身技術中的應用

導電高分子材料按其組成和導電機理可以

分為本征型導電高分子材料和復合型導電高分子材料。 本征型導電高分子材料是指聚合物本身具有導電性或經摻雜處理后才具有導電功能的聚合物材料。 主要有π共軛型 ,如聚乙炔、線性聚苯、面型高聚物等; 金屬型螯合物 ,如聚銅酞氰等; 電子轉移絡合物 ,如聚陽離子 Co絡合物等。由于此類導電聚合物加工合成困難、成本高 ,仍處于研究階段 ,應用受到限制。

復合型導電高分子材料 ,即導電聚合物復合材料 ,是指以通用聚合物為基體 ,通過加入各種導電性物質 ,采用物理化學方法復合后而得到的既具有一定導電功能又具有良好力學性能

的多相復合材料^{[8, 9 ]}。此種導電高分子材料由于加工方便 ,成本相對較低 ,可設計性強 ,得到了相對廣泛的應用。

獲得復合型導電高分子材料的方法有兩種 ,一種是在基體聚合物中填充各種導電填料;另一種則是將結構型導電聚合物或親水性聚合物與基體聚合物共混。 導電高分子復合材料的導電機理比較復雜 ,通常包括導電通道、隧道效應和場致發射三種 ,導電性能是這三種導電機理作用的結果。

通過在高分子材料中添加不同的組分、相來改變調整導電高分子材料的不同的介電參數 ,以達到隱身材料所需的要求。

導電高分子材料不論在結構型隱身材料還是在隱身涂料材料中均有應用。

3. 1 在雷達隱身技術中的應用

英國 Plessey 公司采用聚氨酯泡沫基材料浸澤碳墨或者石墨 ,研制成 LA-1型泡沫導電高分子吸波材料 ,在 2 G Hz～ 18 GHz寬頻帶內 ,吸波性能較好 ,已用于隱身飛機的機身和機

_翼上 [10 ]_。

王國強等人用導電聚合物與納米級磁性材料進行復合得到了具有很好吸波效果的材料 , 試驗表明納米復合比非納米復合效果更好 ,表現出特有的性質 ,其結構一方面有利于電磁波的吸收 ,另一方面 ,密度小 ,超薄的厚度更能滿足航空航天的需要 ^{[11 ]}。

為了減少機體內金屬材料制造的發動機、導線和電子設備等的電磁泄漏 ,透波材料在減少雷達散射截面積方面作用并不太大 ,主要是用大量的雷達吸波材料 ( RAM ) ,使用的雷達吸波材料部分為導電高分子材料如石墨-環氧樹脂、 Kev la r等 ^{[12 ]}。

導電高分子材料作為吸收劑被應用。 導電聚合物主要有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等 ,這些導電聚合物的納米微粉具有良好的吸波效果 ,與納米金屬吸收劑復合后吸波效果更

_佳[ 13]_。

聚苯胺由于其結構的多樣化 ,環境穩定性好、易加工、價格低廉以及特殊的摻雜機制而成為導電高分子的研究熱點。 其已被應用于吸波材料和電磁屏蔽材料。 在美國用聚苯胺制成的導電高分子屏蔽材料的屏蔽效果已達到 40 dB以上。 我國華因科技有限公司研制的屏蔽系列涂料 ,在 80_ m 時 ,屏蔽效能達到了 40 dB～ 60

_dB[14 ]_。

利用摻雜態導電高分子的導電性和半導體性 ,反射或吸收電磁波 ,已經用導電聚吡咯纖維編制成迷彩蓋布 ,可以干擾敵方的電子偵察。

在電子儀器的殼體內部或孔壁涂上導電高分子涂層 ,可將其導電能力提高到 10^{- 1} S /cm以上 ,以實現儀器殼體內外的電磁屏蔽作用。

利用導電高分子在摻雜前后導電能力的巨大變化 ,實現防護層從反射電磁波到透過電磁波的切換 ,實現智能隱身的功能。