導 讀
《產業轉型研究》專刊前四期刊物在發行后收獲了強烈反響，得到了產業界的一致好評。日前，《產業轉型研究》專刊第五期刊物已正式刊發。本公眾號會對《產業轉型研究》專刊第五期中所收錄文章進行持續報道，歡迎各位讀者關注。
本文為清華大學互聯網產業研究院高級項目主管馬曉靜、智譜AI高級研究員、清華大學碩士田金強發表于《產業轉型研究》專刊 2022 年第 5 期 總第 333 期的文章，特此分享，以饗讀者。
《產業轉型研究》專刊第五期
清華大學互聯網產業研究院高級項目主管
隱身技術（stealth technology）也稱為隱形技術，其實質是降低目標的雷達、紅外、激光的可探測信號特征，使之難以被探測、識別、跟蹤和攻擊。
上世紀 30 年代，荷蘭科學家研制出一種雷達用吸波材料，被視為隱身材料的發韌。隨著雷達探測、紅外探測等現代偵查探測技術手段的不斷提速，戰場的透明化程度越來越高，地面固定和機動軍事目標面臨著空間寬頻譜范圍的光電和雷達偵察威脅，由此極大推動了隱形材料的研發應用，促進了隱身材料性能的改進，形成你“探”我“隱”的發展態勢。二戰以來，美國、前蘇聯/俄羅斯、法國等國家先后將隱身材料用于武器裝備，隱身飛機、隱身導彈、隱身艦艇、隱身軍車相繼出現，在現代戰爭中發揮了重要作用。
隱身材料存在多種分類標準。按照電磁波頻譜可以分為雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身和激光隱身材料。按照材料用途可以分為隱身涂層材料和隱身結構材料，隱身涂層材料是將吸收劑和粘結劑混合，涂敷于目標表面，形成吸波涂層；隱身結構材料是將吸收劑分散在特種纖維（如玻璃纖維、石英纖維）增強的結構材料中，形成結構復合材料。按照材料性質可以分為傳統隱身材料和新型隱身材料，其中傳統隱身材料主要是以強吸收為目標，新型隱身材料更強調材質本身的特點，主要包括智能型和多頻譜隱身材料。
雷達隱身材料是指能夠吸收、衰減入射的電磁波，并通過吸收劑的介電振蕩、渦流以及磁致伸縮，將電磁能轉化成熱能而耗散掉或使電磁波因干擾而消失的一類材料。雷達隱身材料主要是吸波材料（Radar AbsorbingMaterial,RAM），它主要用于對抗雷達探測系統，其原理簡單來說就是通過吸收電磁波能量，降低己方目標的雷達散射截面（RCS）【雷達散射截面（Radar Cross Section, RCS）是雷達隱身技術中最關鍵的概念，它表征了目標在雷達波照射下所產生回波強度的一種物理量。雷達截面積越小，雷達對目標的信號特征就越小，目標隱身能力就越好，從而達到隱身的目的】。
吸波材料主要由吸收劑和基體材料組成。吸收劑是提供吸波性能的材料，與材料的吸收效果密切相關；基體材料主要起粘接或承載作用。吸波材料種類繁多，其分類方法也有多種，通?？梢苑譃橐韵氯悾?/span>
雷達隱身材料按照成型工藝和承載能力，可分為涂覆型吸波材料和結構型吸波材料。
涂覆型吸波材料是將吸收劑與粘結劑混合后涂敷于目標表面，形成吸波涂層。作為最早開發應用的隱身材料，因其吸波效果好、工藝簡單、設計難度低、成本低，在雷達隱身技術中占有重要地位。
結構型雷達吸波材料是在先進復合材料的基礎上發展起來的雙功能復合材料，它能同時兼顧吸波和承受載荷。在 200℃-300℃ 的溫度下，既能保證吸波性能的穩定，又能減輕武器特別是飛行器的質量，已成為當前隱身材料重要的發展方向。
國外研究機構對結構型吸波材料的研究較早，在設計、制備、工程應用、性能測試等方面有著完備的經驗，結構型吸波材料早已進入了應用階段，一些軍機和導彈均采用了結構型吸波材料。如 SRAM 導彈的水平安定面，A-12 機身邊緣、機翼前緣和升降副翼，F-111 飛機整流罩，B-1B 和美英聯合研制的鷂 -Ⅱ 飛機的進氣道，以及日本三菱重工研制的空艦彈 ASM-1 和地艦彈 SSM-1 的彈翼等都大量采用了結構型吸波材料。
近年來，結構型吸波材料的發展方向主要有熱塑性混雜紗吸波復合材料、耐高溫結構復合材料、多層夾芯型吸波復合材料。
美國空軍研究發現將 PEEK、PEK 和 PPS 抽拉的單絲制成復絲分別與碳纖維、陶瓷纖維等按一定比例交替混雜成紗束，編織成各種織物后再與 PEEK 或 PPS 制成復合材料，具有優良的吸收雷達波性能，又兼具有重量輕、強度大、韌性好等特點。
國外諸多研究機構對高溫工況下的雷達吸波材料進行了諸多研究，包括氧化鋁、碳化硅、硼硅酸鋁等吸波材料，其中碳化硅是近年來發展最快、應用最廣泛、最成熟的吸波材料。法國 SNECMA 公司和美國 GE 公司在該領域研究起步最早，技術成熟度及應用程度較高，產業化相對成熟。
國內從事 SiCf/SiC CMC【碳化硅纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料】結構件研制的單位有航空工業復材中心、北京航空材料研究院、西北工業大學、航天材料及工藝研究所、國防科學技術大學等，但總體來說，國內的 SiCf/SiC CMC 在產業化和應用等方面與西方發達國家存在明顯差距。國內對高溫結構型復合吸波材料進行深入研究較少，沒有具體的實際應用。目前高品級的碳化硅復合纖維作為戰略資源，對我國是禁運的。值得注意的是，2021 年 8 月，工信部答復政協十三屆全國委員會第四次會議第 1095 號提案稱，碳化硅復合材料【此處的碳化硅復合材料與第三代半導體（碳化硅）是兩種不同的事物】、碳基復合材料等將納入“十四五”產業科技創新相關發展規劃。我國高品級碳化硅復合材料在“十四五”時期有望迎來突破。
按材料的損耗機理，可分為磁介質型隱身材料、電阻型隱身材料和電介質型隱身材料。
這類材料吸波機制是一類和鐵磁性介質的動態磁化過程有關的磁損耗，可以細化為：磁滯損耗、阻尼損耗、旋磁渦流以及磁后效應等，主要來源是和磁滯機制相似的磁疇轉向、磁疇壁位移以及磁疇自然共振等。該類材料主要由磁性填料分散在介電聚合物中組成，包括鐵氧體以及鐵、鈷、鎳所組成的細粉或纖維狀材料等都屬于磁損耗吸波材質。
磁介質型隱身材料是應用最為廣泛的吸波材料類型，目前國外航空器的雷達吸波涂層大都屬于這一類。這種涂層在低頻段內有較好的吸收性。磁介質型隱身材料的實際重量通常為 8-16kg/㎡，因此降低重量是亟待解決的重要問題。
此類吸收機制和材料的導電率有關，導電率越大，載流子引起的宏觀電流越大，從而有利于電磁能轉化成為熱能。電阻型隱身材料主要包括三類：炭系材料，如石墨；導電金屬，如鋁、銅；導電高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙炔、聚對亞苯等。
它是一種和電極有關的介質損耗吸收機制，就是通過介質反復極化產生的“摩擦”作用將電磁能轉化成熱能耗散掉。電介質型隱身材料包括陶瓷類材料和二氧化錳類材料等。陶瓷類材料如碳化硅、氧化硅、碳化硅-碳纖維、鈦酸鋇等。
按照研究和應用的時期，可分為傳統吸波材料和新型吸波材料。
如鐵氧體、鈦酸鋇、金屬微粉、石墨、碳化硅、導電纖維等都屬于傳統吸波材料，其中鐵氧體吸波材料和金屬微粉吸波材料研究和應用比較多，性能也較好。
包括納米材料、手性材料、導電高聚物、多晶鐵纖維及電路模擬吸波材料等，它們具有不同于傳統吸波材料的吸波機理。其中納米材料和多晶鐵纖維是眾多新型吸波材料中性能最好的兩種。
整體來看
隨著紅外探測技術的發展和先進紅外探測器的問世，紅外探測對飛行器的威脅越來越大，紅外隱身已成為飛行器隱身的重要組成部分。
紅外探測是僅次于雷達探測的探測武器的可靠方法。美國在海灣戰爭中擊落的飛機，有 40% 是由紅外制導的空-空導彈所擊中。因此，紅外隱身材料已成為繼雷達波吸收材料之后，隱身材料研究領域的又一項重要內容。
紅外隱身材料是指降低或改變目標的紅外輻射強度，減小紅外探測系統對目標的作用距離，從而降低目標被探測概率的材料。紅外隱身材料的工作機理是，通過降低目標表明的紅外發射率和絕對溫度，改變目標紅外發射特征；降低武器在紅外波段的亮度，改變武器在紅外熱像儀中的形象。與雷達波吸收材料相比，紅外隱身材料的研究起步較晚。
紅外隱身材料按照其供職原理可分為降溫材料、低發射率材料、熱迷彩材料、變頻材料、雜化材料和雙層材料。目前，報道較多、應用較廣的主要是降溫材料和低發射率材料。具體材料類型如上圖所示：
在眾多紅外隱身材料中
① 降溫材料領域，烷烴化合物被認為有良好的應用價值。
② 低發射率材料領域，導電高聚物材料重量輕、材料組成可控性好且導電率變化范圍大，因此作為薄膜型材料十分適合，但其加工較困難且價格相當昂貴，并未進行廣泛深入的研究，除聚苯胺外尚無商品生產。
③ 金屬顏料是制備低紅外發射率隱身涂料最重要的填料種類，也是迄今為止報道較多的熱隱身材料。其中，金和銀的發射率在金屬中最低，但價格昂貴。相對來說，鋁的紅外發射率較低，并且儲量大、價格便宜，是紅外隱身材料中應用最多的金屬。
④ 著色顏料中，硫化鎘的紅外透明性好，吸收峰在紅外大氣窗口之外，有希望成為新一代的熱隱身材料。
⑤ 兼容性良好的寬波段隱身涂料日漸成為判斷涂料優劣的重要指標，半導體材料的重要性日益突出，目前報道最多的半導體材料是氧化銦，具有高可見光透過率和微波衰減性能。
雷達隱身材料和紅外隱身材料是當前研究最深入、應用最廣泛的兩類，除此外，隱身材料還包括聲隱身材料、可見光隱身材料、激光隱身材料等。
參考書目：
徐國躍等-《多頻段隱身材料的研究現狀與進展》
劉云杰-《鐵纖維吸波材料等效電磁參數的預測和實驗研究》吳其曄-《高分子凝聚態物理及其進展》
朱冠芳-《吸波材料研究現狀和發展趨勢》
游毓聰等-《熱紅外隱身材料的發展狀況》
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內容來源｜《產業轉型研究》2022年第五期 總第333期
編輯｜段文秀
審核、責編｜楊帆
