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CN106393847A - 一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料 - Google Patents

一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，包括：第一透明基材；与第一透明基材相对的第二透明基材，且所述第一透明基材与第二透明基材之间为夹层；与所述夹层相连通的透明溶液存储器；与所述夹层相连通的抽真空装置；所述第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料；所述红外隐身材料由多层膜叠加而成；所述多层膜包括交替设置的厚度分别为四分之一中心波长的YbF3膜与ZnSe膜。与现有技术相比，本发明在夹层结构注入和抽取与基材不同介电常数的透明溶液，实现对于雷达波的开关功能；在基材表面设置一维准周期结构红外隐身材料层，其在具有对雷达波无损透过的特性，从而实现雷达红外一体化隐身的效果。

Description

一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料
技术领域
本发明属于雷达隐身材料技术领域，尤其涉及一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料。
背景技术
现代战争体系中，红外隐身、雷达智能隐身及多谱段全谱段隐身的重要性日益凸显，严重影响着武器装备的生存能力和突防能力。不具备以上隐身性能的武器装备在未来战争体系中将难以生存，更无法实现对敌方的有效打击。因此设计出具有雷达红外一体化隐身特性同时具有雷达智能调控隐身特性的智能材料对武器装备的生存及突防能力的提升至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，其具有红外雷达复合隐身效果同时雷达隐身具有可调控开关效果。
本发明提供了一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，包括：
第一透明基材；
与第一透明基材相对的第二透明基材，且所述第一透明基材与第二透明基材之间为夹层；
与所述夹层相连通的透明溶液存储器；
与所述夹层相连通的抽真空装置；
所述第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料；
所述红外隐身材料由多层膜叠加而成；所述多层膜包括交替设置的厚度分别为四分之一中心波长的YbF3膜与ZnSe膜。
优选的，还包括与所述夹层相连通的抽液装置。
优选的，还包括与所述夹层相连通的空气存储器。
优选的，所述第一透明基材与第二透明基材各自独立地为玻璃或树脂。
优选的，所述第一透明基材与第二透明基材的厚度各自独立地为1～5mm。
优选的，所述透明溶液为蒸馏水或乙醇。
优选的，所述红外隐身材料的上下表面膜均为YbF3膜。
优选的，所述多层膜的层数为11～51层。
优选的，所述多层膜的层数为33层，由下表面开始所述多层膜的厚度依次为0.97453μm，0.64834μm，0.39490μm，0.44593μm，0.43009μm，0.54081μm，1.10301μm，0.12082μm，0.66528μm，0.61058μm，0.90684μm，0.10666μm，0.83247μm，0.57832μm，0.7648μm，0.17861μm，0.81283μm，0.44699μm，1.91144μm，1.02709μm，0.68401μm，0.26756μm，0.50729μm，0.40487μm，1.026μm，0.05128μm，0.56253μm，1.24633μm，0.48934μm，0.44942μm，0.39864μm，0.29366μm，1.63612μm。
本发明还提供了一种智能材料在飞行装置中的应用。
一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，包括：第一透明基材；与第一透明基材相对的第二透明基材，且所述第一透明基材与第二透明基材之间为夹层；与所述夹层相连通的透明溶液存储器；与所述夹层相连通的抽真空装置；所述第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料；所述红外隐身材料由多层膜叠加而成；所述多层膜包括交替设置的厚度分别为四分之一中心波长的YbF3膜与ZnSe膜。与现有技术相比，本发明采用高可见光透明度的材料作为基材，将其设计成不同厚度的夹层结构，通过在其夹层中，注入和抽取与基材不同介电常数的透明溶液，实现对于雷达波的开关功能，同时由于基材及溶液均为可见光高透材料，因此该智能材料，无论在何种状态下均可以实现可见光透明，该功能可以有效地实现飞机座舱等可见光窗口的智能雷达隐身；在基材表面设置红外隐身材料，以ZnSe和YbF3为基材，由于两种基材的折射率存在高低差异性，设计时采用每层四分之一中心波长厚度分别叠加镀制多层组合薄膜结构，由于薄膜结构所有界面上反射的光束，当它们回到前表面时具有相同相位，从而产生相长干涉，可以实现对相应中心波长红外能量的高反射；并且由于本发明的红外隐身材料的基材均为对雷达透波材料，并且材料整体厚度远小于其在雷达波段的趋肤深度，因此该红外隐身材料不会对雷达波的传输产生负面影响，具有良好的雷达隐身兼容性；同时本发明提供的红外隐身材料具有中长波大气窗口内低发射率，实现红外隐身的功能，大气窗口外高发射率，实现目标的降温散热。
附图说明
图1为实施例1提供的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料的平板样件图；
图2为实施例1提供的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料红外波段发射率测试曲线图；
图3为当夹层为空气时，实施例1提供的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料对雷达波的透过率曲线图；
图4为当夹层中空气被抽真空装置抽空，注入蒸馏水之后的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料对雷达波的透过率曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，包括：第一透明基材；与第一透明基材相对的第二透明基材，且所述第一基材与第二基材之间为夹层；与所述夹层相连通的透明溶液存储器；与所述夹层相连通的抽真空装置；所述第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料；所述红外隐身材料由多层膜叠加而成；所述多层膜包括交替设置的厚度分别为四分之一中心波长的YbF3膜与ZnSe膜。
本发明采用高可见光透明度的材料作为基材，将其设计成不同厚度的夹层结构，通过在其夹层中，注入和抽取与基材不同介电常数的透明溶液，实现对于雷达波的开关功能，同时由于基材及溶液均为可见光高透材料，因此该智能材料，无论在何种状态下均可以实现可见光透明，该功能可以有效地实现飞机座舱等可见光窗口的智能雷达隐身在基材表面设置红外隐身材料，以ZnSe和YbF3为基材，由于两种基材的折射率存在高低差异性，设计时采用每层四分之一中心波长厚度分别叠加镀制多层组合薄膜结构，由于薄膜结构所有界面上反射的光束，当它们回到前表面时具有相同相位，从而产生相长干涉，可以实现对相应中心波长红外能量的高反射；并且由于本发明的红外隐身材料的基材均为对雷达透波材料，并且材料整体厚度远小于其在雷达波段的趋肤深度，因此该红外隐身材料不会对雷达波的传输产生负面影响，具有良好的雷达隐身兼容性；同时本发明提供的红外隐身材料具有中长波大气窗口内低发射率，实现红外隐身的功能，大气窗口外高发射率，实现目标的降温散热。
其中，所述第一透明基材与第二透明基材各自独立地为玻璃或树脂，更优选为浮法玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯或者聚丙烯。所述第一透明基材与第二透明基材的厚度各自独立地优选为1～5mm，更优选为2～4mm，再优选为2～3mm，最优选为2mm。
第一透明基材与第二透明基材之间为夹层；所述夹层的厚度优选为0.5～5mm，更优选为0.5～4mm，再优选为1～3mm，再优选为1～2mm，最优选为1mm。
本发明在第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料，即在夹层外面的第一透明基材的表面或第二透明基材的表面设置有红外隐身材料。
所述红外隐身材料由多层膜叠加而成；所述多层膜包括交替设置的厚度分别为四分之一中心波长的YbF3膜与ZnSe膜。
在本发明中，所述红外隐身材料的上下表面，即最底层的膜与最顶层的膜均优选为YbF3膜。
所述多层膜的层数优选为2n+1层，更优选为11～51层，再优选为11～41层，再优选为21～41层，再优选为31～41层，最优选为33层。
在本发明中，当所述层数为33时，所述红外隐身材料由下表面开始，多层膜各层膜的厚度优选依次为0.97453μm，0.64834μm，0.39490μm，0.44593μm，0.43009μm，0.54081μm，1.10301μm，0.12082μm，0.66528μm，0.61058μm，0.90684μm，0.10666μm，0.83247μm，0.57832μm，0.7648μm，0.17861μm，0.81283μm，0.44699μm，1.91144μm，1.02709μm，0.68401μm，0.26756μm，0.50729μm，0.40487μm，1.026μm，0.05128μm，0.56253μm，1.24633μm，0.48934μm，0.44942μm，0.39864μm，0.29366μm，1.63612μm。
本发明分别设计对于3～5μm和8～10μm两个波段中心波长，具有高反射效果的相长干涉厚度，就可以实现对以上两个波段的高反射即低发射效果，通过多层叠加可以有效地提高以上两个波段的反射率，进而降低其发射率。
本发明的红外隐身材料具有以下优点：1)具有中长波大气窗口内低发射率，实现红外隐身的功能，大气窗口外高发射率，实现目标的降温散热；2)具有良好的雷达隐身兼容性，即可以几乎无损的透过雷达波信号，因此相对于现有的金属掺杂的红外隐身涂料而言，更适合用于雷达罩类的窗口型目标表面，可以在不影响雷达信号传输的前提下，更好地实现红外隐身。
本发明根据红外大气窗口所在位置，采用具有雷达透波效果的红外材料设计了对大气窗口内具有低发射率，实现红外隐身的功能，大气窗口外高发射率，实现目标的降温散热的红外隐身材料。以ZnSe和YbF3为基材，基于薄膜干涉理论，设计了多层一维准周期薄膜，并采用Essential Macleod软件对所设计结构进行优化，最终完成了具有辐射可调控效果的红外隐身材料的设计。
本发明优选在基材表面采用离子束溅射方法制备多层红外薄膜结构层，通过调节不同折射率雷达透明光学材料的厚度以及层数可以有效地降低大气透明窗口的中长波红外发射率，同时实现大气非透明窗口的高发射率辐射降温效果。
本发明提供的智能材料包括与所述夹层相连通的透明溶液存储器；所述透明溶液存储器中的透明溶液优选为蒸馏水或乙醇。
按照本发明，所述透明溶液存储器与夹层优选通过第一控制器相连通；第一控制器用于控制透明溶液存储器中的透明溶液流入夹层中或关闭透明溶液存储器与夹层的连通。
本发明提供的智能材料包括与所述夹层相连通的抽真空装置；所述抽真空装置用于抽取夹层中的空气，从而使透明溶液注入夹层内，通过调整不同折射率介质的层厚，当中间层为空气时，实现相应波段的相消干涉，从而降低其反射率，提高其透过率，当中间层溶液时，实现宽波段的相长干涉，从而降低透过率，提高其反射率。
通过改变玻璃层厚度h，选用不同介电常数和损耗的玻璃基材以及不同的夹层缝隙厚度可以实现不同的雷达波高透过区域，通过注入不同性质的透明溶液，可以有效地实现雷达波隐身性能和调制雷达波隐身带宽。
为了使本发明提供的智能材料实现循环对雷达波反射具有开光作用，优选还包括所述夹层相连通的抽液装置，用于将夹层中的透明溶液抽出来；所述抽液装置优选还与所述透明溶液存储器相连通，从而使抽出来的透明溶液回到透明溶液存储器中，实现循环使用。
本发明提供的智能材料优选还包括与所述夹层相连通的空气存储器，使空气可以注入到夹层中；所述空气存储器优选还与所述抽真空装置相连通，从而使空气可以循环使用。
本发明提供的智能材料采用高可见光透明度的材料作为基材，将其设计成不同厚度的夹层结构，通过在其夹层中，注入和抽取与基材不同介电常数的透明溶液，实现对于雷达波的开关功能，同时由于基材及溶液均为可见光高透材料，因此该智能材料，无论在何种状态下均可以实现可见光透明，该功能可以有效地实现飞机座舱等可见光窗口的智能雷达隐身。
本发明将透明基材设计成不同厚度的夹层结构，通过在其夹层中，注入和抽取与基材不同介电常数的透明溶液，实现对于雷达波的开关功能，该功能可以有效地实现雷达罩等雷达透明窗口智能雷达隐身，在基材表面采用离子束蒸发工艺制备一维准周期结构红外隐身材料层，采用高低折射率差异明显的两种雷达透波材料做为基材，设计在中长波红外大气窗口内具有低发射率效果，在大气窗口外具有散热降温的高发射率效果的红外隐身材料，同时红外隐身材料还具有对雷达波无损透过的特性，从而实现雷达红外一体化隐身的效果。
本发明还提供了一种上述智能材料在飞行装置中的应用。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
以2mm厚的浮法玻璃作为基材；
采用蒸馏水作为透明溶液；
两个基材之间夹层的厚度为1mm。
采用离子束溅射工艺在其中一个基材表面制备交替设置的YbF3膜与ZnSe膜，最底层与最顶层均为YbF3膜，多层膜的层数为33层，由最底层开始膜的厚度依次为0.97453μm，0.64834μm，0.39490μm，0.44593μm，0.43009μm，0.54081μm，1.10301μm，0.12082μm，0.66528μm，0.61058μm，0.90684μm，0.10666μm，0.83247μm，0.57832μm，0.7648μm，0.17861μm，0.81283μm，0.44699μm，1.91144μm，1.02709μm，0.68401μm，0.26756μm，0.50729μm，0.40487μm，1.026μm，0.05128μm，0.56253μm，1.24633μm，0.48934μm，0.44942μm，0.39864μm，0.29366μm，1.63612μm。
其中，图1为实施例1提供的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料平板样件图。
图2为实施例1提供的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料红外波段发射率测试曲线图；从图2可以看出，该智能材料具有中长波红外大气窗口内低发射率，大气窗口外高发射率效果，可以有效地实现红外隐身特性。
图3为当夹层为空气时，实施例1提供的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料对雷达波的透过率曲线图；由图3可以看出，该智能材料对于己方的电磁信号透过波段可以实现良好的透过效果。
图4为当夹层中空气被抽真空装置抽空，注入蒸馏水之后的具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料对雷达波的透过率曲线图；由图4可以看出，该智能材料在需要隐身的状态下，实现雷达波的超宽带高强度隐身效果。
因此本发明采用简单易行的方案实现了红外与雷达一体化可调制可控智能隐身效果，为超宽谱段智能隐身提供了新的方案。

Claims (10)

1.一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，其特征在于，包括：
第一透明基材；
与第一透明基材相对的第二透明基材，且所述第一透明基材与第二透明基材之间为夹层；
与所述夹层相连通的透明溶液存储器；
与所述夹层相连通的抽真空装置；
所述第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料；
所述红外隐身材料由多层膜叠加而成；所述多层膜包括交替设置的厚度分别为四分之一中心波长的YbF3膜与ZnSe膜。
2.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，还包括与所述夹层相连通的抽液装置。
3.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，还包括与所述夹层相连通的空气存储器。
4.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，所述第一透明基材与第二透明基材各自独立地为玻璃或树脂。
5.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，所述第一透明基材与第二透明基材的厚度各自独立地为1～5mm。
6.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，所述透明溶液为蒸馏水或乙醇。
7.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，所述红外隐身材料的上下表面膜均为YbF3膜。
8.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，所述多层膜的层数为11～51层。
9.根据权利要求1所述的智能材料，其特征在于，所述多层膜的层数为33层，由下表面开始所述多层膜的厚度依次为0.97453μm，0.64834μm，0.39490μm，0.44593μm，0.43009μm，0.54081μm，1.10301μm，0.12082μm，0.66528μm，0.61058μm，0.90684μm，0.10666μm，0.83247μm，0.57832μm，0.7648μm，0.17861μm，0.81283μm，0.44699μm，1.91144μm，1.02709μm，0.68401μm，0.26756μm，0.50729μm，0.40487μm，1.026μm，0.05128μm，0.56253μm，1.24633μm，0.48934μm，0.44942μm，0.39864μm，0.29366μm，1.63612μm。
10.一种权利要求1～9任意一项所述的智能材料在飞行装置中的应用。
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