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1、?年 宇航材料工艺 第?期 微波与红外兼容的新型隐身材料 万梅香 李素珍 , 李军朝杨静 ?中困科 学院化学研究所? 文 摘 本文报道导电高聚物 在? ? ? 波段的电磁参量 、 吸收特 性 以 及它在? ? ? 终? 的红外波段的红外发射 率特性的研究结采 。 以此为依据结合导电高聚物的 结 构特点以及它 的物理化学特 性评价导电高聚物作为兼容微波和红外隐身材料的 可能 性 。 主 题词 隐身材抖 , 导电高聚物 , 微波吸收材抖 随着电子探测技术 的发展 , 军事目标 的隐身技术受到各国的普遍的重视 。“ 隐身 ” 的? ? ? 的是尽力减少 军事目标的雷达特性 、 红外特征 、 光电特征
2、以及目视特征 。 作为 现代的隐身材 料最重要的性能之一是兼容性 。 因此 , 实现隐身技术 的关键是研制兼容性好 的 新 型隐身材 料 。 最 近 发展起来的 导 电高 聚物由于它结构多样化 、 密度低和独 具的物理化学特性 , 引起了 科学界的广 泛重 视 。 在短暂的 十余年中 , 无论在材料合成 、 导 电机理 、 结构与性能的关系研 究以及它 在技术上的应 用探索均取得 了长足的进展并呈现诱人的前景 。 本文报道导电高聚 物在 ?二 ?、? ? 、? ? ?波 段的电磁参童 、 吸收特性以及它在?、幼 协? 的红外波段的红外发射率特性的研究结果 , 并以此为依据结合导 电高聚物 的结
3、构特点以 及物理化学特性评价导 电高聚 物作为兼容微波和 红 外隐身材料的 可能性 。 ? 户与 , 花人 乡灯刁立 ? 导电高聚物经化学氧化聚合制备 , 所 得的产物经元素分析 、 红外光谱等多种 分析手 段表征 。 它的室温电导率由四探针 法测量 。 它在 ? 波段的复介电常 数住 ? ?和复磁 导率 ?户 ? ?由波 导法测 量 , 而 它在该频率范围内的反射系数?是 由航空航天部? ?所的?反射 率自动测试系统测量 的 , 其样品尺寸为 ? ? ? ?工? ? ? ? , 涂层厚度为 ? ? ? 、? ? ? ? ?, 基片材 料为铝板 。 导 电聚合物的法向积分红外发射率 ? ? 采
4、用能量辐射法测量 ?, 本 文 所提供的数 据是采用 中科院上海 技术物理所的? 一? ? ? ?型红外分光光度计 以及 该所研制的? ? 一?型红外 发射率测量仪测量 , 其测量条件为波长在? ? ?件? , 温度范围为? ?、 ? ? , 样品涂敷在直 径为? ? ? ?的黄铜基片上 , 其涂层厚度为? ? ?协? 。 二 、 微波吸收特性 雷达探测是现代 军事目标侦破 的主要手 段 。 根 据电磁波 的辐射理 论 , 雷达隐身材 料的 关 健是寻找能 一与自山空 间阻抗匹配 的材率 牛 , 娜 ? 犷 ? ? ? ?亡 ? ? 但遗憾的是 , 至今人们还没有找 到能在宽频带范围内保持户
5、, 一亡 ? 的材料 。 虽 然 , 以铁 氧 体 为代表的无机微波吸收剂具有很好的吸收特性 , 但因密度大 , 在飞行器上也难于实用化 。 为 此 , 寻找新型的微波吸收剂是 该领域学者共 同奋斗的目标 。 众所周知 , 导 电高聚物是含一 价月?梦 ?离子的 二一 电子 飞共扼体 系的高聚物 。 它具有独特的物 理化学性质 ? ? ? 电导率可在绝缘体 、 半导体和 金属态 范 围内变化? 一。? ? ? ?。“? ? ? ? ? ? ?它的物理化学特性不仅依赖于高聚物的主链结构 , 而且还依赖于掺杂剂的性质和掺杂的 程度 ? ? ? 它的电 子状态 、 导 电和 “ 掺杂 ” 机制完全有
6、别于无机半导体和金属 ? ? ? 与粉通的 高聚物一样 , 密度小 ? ? 。、? ? ? 。?“? 。 ?互此 , 可以预 计 它在绝缘态 、 半导体和金 属 态石 微波场作用下的 电磁特性将会有明显的区别 。 我们的研究结果表明 ? 只有当导电高聚 物处祖 二半导 体状 态时, 它的电磁 损耗角的三切值 才为最大 ?见 图? ? , 表明它对微波没有很好的 吸收 。 其吸收特性 与铁氧体 的比较如 图?和 表 。、? 一 。卜 ? ? 护 ? ?是一 ? ? ? ? ? ?、 识 ? 卜 ? 肺 ? ? ? ?乡? 补 兽 州 ? ? 娇 ? 一一 爹 、? 厂 ? 、 ? 频率? ? 图
7、?导电高聚物的电 、 磁损 耗与电导率的关系 图?导 电高聚物和铁 氧体在? ?。波段的微波吸收特性 图中? ? ? 铁氧体 ? ? ? 导电高聚物 ? 表? 导电离聚物的吸收特性与铁复体吸收剂 比较 吸 收剂 ? 国别 ? 。, 。 ? ? ? ? ? ? ? ? “? 。? ?“? ?一 ? 乃 ?八? 丈? 铁 氧体 铁 氧体 导 电高聚物 日本? 中国 本研究? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ”? ? ? ? ? 。 ? 。 ? 。 ? ?所示 。 但是 , 导 电高聚物处在 绝 缘态时 , 与普通的高聚 物一样 , 无明显 的微波吸收 ? 而它 处在金属态时 , 与金属一样
8、呈现典型的电 磁 屏蔽效应 。 深入的 研究发现 ? 一导 电高聚物的 电磁 参量依赖于高聚物的主链结构 、 室温电导率 、 掺杂剂 的性质 、 微观形貌 、 涂 层厚度 、 涂层结 构和工艺条件等 。 电磁参量 ?。 ? 和卜 ? ? 的研究结果表明 ? 导 电高聚物属 于 电损耗型的微波 吸 收剂 。 作者之一提出 “ 导 电弧岛 ” 的物理模型阐明了由 “ 导电弧岛 ” 所引起的界面极化率对 导电高聚物介 电损耗的贡献 。 模型所揭示的介电损耗规律与实验结果相吻合 。 另外 , 我们的 研究结果还表明 ? 导 电高聚 物与超微粒子复合后有利于提高吸收率和展宽频 率?见图? ? 。 同时
9、, 我们还发现当导电高聚物与无机磁损耗物质复合时 , 虽然介电常数的实部 ?。 ? 和虑 部 ? 扩? 均随无机磁损耗物质的含量的增加而减少?见图? 一? ? , 复合物的磁 导率 的实部 ?卜 ? ? 与含量无关 , 而它的虚部 ?卜 “? 却得到明显的改善 。 其含量为拍?时 , ? ? , 值 达到极 眨 一 一 二 一 ? 一 一 一 ? ?叨 加阳 ?闰忍 ? ? 大值体 ? ? 。、 、? ? ? , 己 。? 。 ? 、 ? ? 。 ?见图 ?一? 。 从上 面的结果明显地看 出 ? 在导电 高聚物 中适 址添 加少 量 的无机磁 损耗物 质有 利于磁损耗的提高 , 这正是作为微
10、 波 吸收材 料所需要的 。 综上 所述 , 具有半导体性质的导 电高聚 物在 ? 波段有很好的吸收特性 , 并具有电 磁参量可 调节 、 易 一?“复 合加工成型 、 密 度低 的特点 , 可望发展 成为一种新型 的轻质微 波 吸 收剂 。 图 ? 导电高 聚物与超微粒子的复 合物的微波吸收特性 图中 ? ? 导电高聚物? ? ? ? 超微粒子? ? ?肠? ? ? ?肠? ? ?肠? ?肠? ? ?呱? ? ? ?肠? ,。兮 ? 一二 川 巧? ? ? ? 份 、 、 几 ? 曰、? 一 芝 ? , ?一 ? ? ? 一?日以?一一一? 一 ? ? ? ? ? ? ? ? 外? 州 ?、
11、? ? ? ? ? 图?导电高聚物与无机磁损耗物质的复合物的电磁参量? 和 内与无机磁损 耗物质含橄的关系 三 、 红外发射率特性 由于红外探测器 的日趋成熟 , 红外探测已成为仅次于雷达 的中远 程探测手段 。 因此 , 现 代 的隐 身材 料应该兼顾红外隐身 。 通常 , 红外不透明物 体 的目标 发射强度 为 ? 。 一 砚 。? 了 ? ? 式中?为? ? ? ? ? ? 一? ? ? ? ? 常数 , 。 ? 为材料的发射率 , 了 为绝对温度 。 因此 , 红外隐身的 关键 是控制目标的表面温度和 发射率 。 但是 , 目标 与背景 间温差很难控制到 最小值 , 故 降低目标 表面
12、的发射率是红外隐身的 重要途径 。 所以 , 红外发射率是红外隐身材料的 重要性能指标 。 我们在导 电高聚物的红外发射率特性的研究 中发现 ? 其红外发射率强 烈依 赖于入射波 长 , 例如中性聚苯胺的红外发射率与频率的依赖关系如图?所示 。 从该图清楚地看 出 , 红外发 射率谱图具有明显的精细结构 , 这些峰与聚苯胺的主链结构和基 团的性质密切相关 。 深入的 研究表明 , 导 电高 聚物的红外发射率是高聚物 的主链结构 、 室温电导 率 、 掺杂性质 、 掺杂程 度 、 测 墩温度 、 涂 层厚 度等 参数的函数 。 日前 , 我 们 的研 究结果说 明 , 通 过 控 制 上述的参
13、一 一 针 一 认 二司 。 之?币? 图? 中性聚苯肢膜在? ? ? 时的红外法向积分比辐射率与频率的关系 量 , 某些导电高聚物的 红外发射率小于 。 ? ? , 并且与温度无关 , 这正是红外隐身材 料所 需 要 的 。 与微波吸收相类似 , 导 电高聚物的红外发射率具 有可以调 节 的特点 , 有可能成为具有低 红外发射率的新型红外隐身材料 。 结论 具有半导体性质的导 电高聚物在? ? ? 波段有 很 好的微波 吸收特性 , 某些 导 电高聚物在 ? ?。卜? 范 围内的红外发射率可小于。 ? ? , 并且它们的 电磁参量和红外光学参量均与频率 、 高 聚物的主链结构 、 掺杂剂的性
14、质 、 掺杂程度 、 测量温度 、 涂层厚度以及 涂层的结构和工艺等因 素有关 。 因此 , 它们具有电磁和 光学参量可 调节 、 密度小 、 易于复合和加工成型等特点 , 有 可能发展成为微波与红外相兼容的新 型的隐身材料 。 致 谢本项目得到国防科工委 、 国家高技术? ? 、 国家自然科 学基金和中国科学院军工办公室的联 合资助 ? 参 考文 献 ? ? ? , ? ? ? , ? , ? ? ? ? ? ? ? ? , ? ? , ? ? , ? ? ? ? , ? ? ? ? , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?王 ? ? ? ? ? , ? ? , ? ? ,
15、 ? ? 颐王或还鱼死三 亘亘运或三 亘颐或达亘或渔三 亘三 三反亘亘 死三 互亘乙绝亘 三绝亘三巨 反三亘运亚三应渔 亘亘三或见 慈亚遥 互 亚三煎返红遥 亘互巡红亘 亘亚应 亘死三 亘死王互万 运亚或运鱼亚返红三 亘三运亚亘亘 三 绝 互 三或燕 退交刃 ?上接第?页? ? 陈浦泉 , 组 织超塑性 , 哈工大出版 , ? ? ? , R . J . e t a l . , S er . M eta ll . , V o l . 19 , N o Z , 一 7 7 26Paniey , M . C . e t a l . , M at er . S e i E n g , 78 , 1986 , 11 5 27Ru ano, O A . e t a l , M e t a l l T ra n s A , z3 A , 355 25Hong , S . H . e t a l , J o fC o mp os . M a t er . , V o l . 22 , F a b . 198s 29Mu Y eh W u etal., S er . M eta ll . , V o l . ls . 776
