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aust200413320

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[资源] 让你了解一下红外隐身涂料

一、红外隐身涂料的机理
红外线辐射在大气中传播遵循可见光的折射、反射、吸收和散射等定律，具有光的一般物理特性，它在大气中的透射能力与大气中水和二氧化碳的含量有关。物体向外发射红外辐射时，大气中的水和二氧化碳要吸收一定波段的辐射，而使此波段的红外辐射信号衰减。不被吸收的波段无衰减地穿过大气，这样的波段被称为大气窗口。红外大气窗口分为4个，分别是近红外（1-3µm）、中红外（3-5µm ）、远红外（ 8-14µm）和超远红外（50-1000µm），前3 个波段内大气窗口相对透明，超远红外波段基本是不透明的，红外探测器的工作波段主要针对前3个大气窗口，因此红外隐身涂料的开发也应针对这 3个大气窗口进行。
红外隐身就是对目标进行处理，设法减少或消除目标与背景之间的亮度差别或温度差别，使隐身目标与背景的红外线特征相适应。目标的状态不同，隐身的波段也不同。当在工作状态时，目标红外隐身包括近红外波段、中红外波段和远红外波段，而非工作状态时的常温目标主要是近红外线隐身。
近红外线隐身涂层主要任务是设法减少或消除目标与背景间的亮度差别，做到在可见光到近红外线波长范围内使目标与背景具有近似相同的光谱曲线，即同谱同色性。近红外线隐身涂料在目标上形成涂层，它的工作原理可分为单色迷彩、变形迷彩和变色迷彩类，且涂层应具有以下性能：（ 1）和背景的反射率差小；（ 2）响应频带宽；（3 ）与可见光隐身兼容；（4）基本无镜面反射；（5 ）与中红外、远红外线能尽量兼容。
中红外线、远红外线隐身涂层主要任务是通过减少目标的温度或发射率来降低目标与背景之间红外辐射能量的差别从而达到隐身的目的。中、远红外隐身涂层的工作原理可分为降低目标和背景的辐射度差、热迷彩、热变频和热转换4种，其中研究最多的也是最有效的方法则是降低目标的热辐射。
根据Stefan-Bolwtan定律M=εδT4
式中M为物质的辐射出射度；ε为物质的表面发射率；δ为常数；T 为物质表面的绝对温度。
可知，实现红外隐身的技术途径有控制表面发射率和控制表面温度。控制发射率的方法主要是采用不同发射率的材料。通常情况下，涂覆低红外发射率的涂层是降低目标发射率的主要手段。而控制目标表面的温度变化范围则是采用大热惯量材料。这两种方法都可以用来降低目标的红外辐射能量。
二、红外隐身涂料的组成
红外隐身涂料一般由颜料、粘合剂和某些添加剂组成。其中颜料和粘合剂是影响红外隐身性能的基本因素。
颜料
影响热红外隐身涂料性能的因素中颜料的选择至关重要，一般情况下，粘合剂的红外发射率均较高，而低发射率的红外隐身涂料主要由颜料调节来实现。目前红外隐身涂料配方中的颜料大致分为：金属颜料、着色颜料和半导体颜料金属颜料。
粘合剂
粘合剂是影响涂料隐身性能的又一基本因素。红外隐身涂料所用的粘合剂必须具备两个基本性能。一是必须保护颜料，在涂料的整个使用过程中保持红外特性不变。第二是粘合剂必须在所选光谱范围内为红外透明。红外隐身涂料配方中粘合剂大致分为两种：有机粘合剂和无机粘合剂。
其它添加剂
除了颜料和粘合剂外，红外隐身涂料根据不同频段隐身的需要，配方中往往还会再加一些减小目标红外发射率的作用的物质增强其隐身性能。
三、红外隐身涂料性能要求
理想的红外隐身涂料应具备以下性能要求:
具有满意的红外发射率或较强的控温能力;
对太阳能的吸收率低;
具有对热辐射可进行漫反射的表面结构。
四、我国红外隐身涂料发展概况
我国热红外隐身涂料的研究起步较晚，近几年典型的热红外隐身涂料的配方见下表：
主要成分红外发射率其他性能
KRATON树脂、ITO颜料粉末（SnO2摩尔含量为5%） 0.624
改性乙丙橡胶粘合剂、铝粉 0.58
环氧三元乙丙橡胶（溶于甲苯）、铝粉(25%)、2-甲基咪唑 0.584
环化橡胶、Sb2S5 、酞菁绿 0.441-0.574 军绿色涂层
改性乙丙橡胶粘合剂、颜料、功能填料 0.76-0.86 提高织物表面涂层的透气性
ATO、乙烯一醋酸乙烯共聚树脂 0.73 蓝色，满足红外/可见光复合隐身的要求
包硅铝粉、乙烯一醋酸乙烯共聚树脂 0.35 银色，增加了抗氧化性和耐腐蚀性，
可以消除对可见光的强反射
ITO、乙烯一醋酸乙烯共聚树脂 0.69 淡绿色，满足红外/可见光复合隐身
的要求
胶原接枝共聚物/氧化铟纳米复合物涂层 0.601-0.701 比单一的胶原接枝共聚物和氧化铟
纳米粒子的红外发射率明显降低
铝粉、酞菁绿和过氯乙烯清漆,颜料（如五氧化二钒，氢氧化铁和氧化铁） 0.61-0.71 涂层浸水后，红外发射率迅速升高表层部分水分挥发后，红外发射率基本恢复初始值
合成颜料（把不同的颜料按一定比例混合烧结）、三元乙丙橡胶 0.70 绿色，满足可见光和近红外光伪装要
求
甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯改性聚丁二烯和三元乙丙橡胶法向发射率小于0.3 成膜性能优良
五、发展趋势
多频谱隐身材料
迄今为止的吸波材料都是针对厘米波雷达（2-18GHz）,而先进红外探测器等先进探测设备的相继问世要求吸波材料在不久的将来发展成为能够兼容米波、厘米波、毫米波、红外、激光等多波段电磁波隐身的多频谱隐身材料。
智能型隐身材料
智能型材料是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料系统或结构，这种根据环境变化调节自身结构和性能并对环境作出最佳响应的概念也为隐身材料和结构的设计提供了一条崭新的思路，使智能隐身目标的实现成为可能。
六、展望
我国在红外隐身技术方面虽然取得了一定的成绩但与国外相比仍然有很大的差距，需要在以下方面加紧努力：
1 加速红外隐身涂料实用化的进程，首先需进一步显著降低涂层的ε，为此需探索新型粘合剂和颜料。
2 抓紧新型隐身材料诸如纳米复合材料、相变材料、树脂基复合材料以及自适应智能材料用于红外隐身的可能。
3 加快复合隐身材料的研究，以同时满足可见光、红外、激光和雷达隐身的要求。
4 降低材料光学性能对表面污染的敏感性。
5 完善红外隐身材料的性能测评系统。
七、相关专业名词
辐射:只要温度在绝对温度零度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方式称为辐射。
任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体。
黑体辐射: 所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体，但许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
在一定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可叫作完全辐射体。
现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来刻画这种差异呢?对任一波长，定义发射率为该波长的一个微小波长间隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖于物质特性、环境因素及观测条件。如果发射率与波长无关，那么可把物体叫作灰体，否则叫选择性辐射体。

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