量子隐形衣,量子隐形材料隐身原理

篇一：纳米材料与隐身技术

纳米材料与隐身技术

摘要：本文对纳米技术及纳米材料进行了综述，重点对纳米材料的特性以及纳米复合材料在隐身技术上的应用进行了介绍。同时对纳米复合隐形材料的研究前景进行了展望。

关键字：纳米复合体、隐身材料、进展

引言

许多人着迷于《星际迷航》和《哈利.波特》有关隐形衣的情节，其实真正的隐身技术始于第二次世界大战。隐身技术作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，已成为集陆、海、空、天、电五维一体的现代多维战争中极为重要和有效突防的战术技术手段，被当今世界各国视为重点开发的军事高新技术，尤其是随着雷达探测技术的发展，原有的隐身技术面临着很大的挑战，迫切需要厚度薄、质量轻、频带宽、多功能的新型隐身材料。

隐身材料是隐身技术发展的关键方面之一。近几年来，对纳米材料的研究不断深入，证明纳米材料具有极好的吸波性能，纳米材料现已受到各主要国家的高度重视，并把其作为新一代隐身材料进行探索与研究。

1.材料简介

1.1纳米材料简介

把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100nm以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料。即三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。这相当10～100个原子紧密排列在一起的尺度。

纳米磁性材料是20世纪80年代出现的一种新型磁性材料。纳米材料结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间，由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

纳米粒子的粒径（10～100nm）小于光波的长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。金属在适当的蒸发沉积条件下，可得到易吸收光的黑色金属超微粒子，称为金属黑，这与金属在真空镀膜形成高反射率光泽面成强烈对比。纳米材料因其光吸收率大的特色，可应用于红外线感测器材料。

纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。

1.2隐形技术简介

普通的材料无论如何看似光滑，对于微粒子来说都好像雨点打在鸟巢体育场那样大的粗糙核桃壳上一样，总是会向各个角度产生反射。只有把结构做到比光予还要小，才有可能做出足以让光线如H激流经过鹅卵石一般的流线体。随后，他依靠一排从中心点开始像一个圆形的梳子沿轮辐方向向外辐射的微型针，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得围绕着隐身衣的光线发生弯曲，致使人们看不见斗篷。那么同样隐形衣里面是人也看不到外面的世界，而这就需要反隐形材料。用

术语来说，就是一种各向异性负折射率材料，它的阻抗与隐形衣的正折射率相匹配。’’事实上，它的原理有点像是给手枪装上消音器：用相同频率的声波的波峰来填补所发出的声音的波谷，最终完全抵消空气振动。其实，沙拉耶夫只要将这样的反隐形材料贴在隐身衣上，就可以让一些光线按照指定的路径渗透进来，从而部分抵消隐身衣的效应。

2 纳米复合隐身材料

2.1纳米材料的特性 （1）表面与界面效应

这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10nm时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1nm时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。

（2）小尺寸效应

当纳米微粒尺寸与光波波长或德布罗意波长及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。

（3）量子尺寸效应

当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。

（4）宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

2.2 纳米复合隐身材料的隐身机理：

由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级，物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等；磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。下面分别以纳米金属粉体（如Fe、Ni等）与纳米Si/C/N粉体为例，具体分析磁损耗型与电损耗型纳米隐身材料的吸波机理。

金属粉体（如Fe、Ni等）随着颗粒尺寸的减小，特别是达到纳米级后，电导率很低，材料的比饱和磁化强度下降，但磁化率和矫顽力急剧上升。其在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性，因此在一定波段电磁波的辐射下，原子、电子运动加剧，促进磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了材料的吸波性能。一般认为，其对电磁

波能量的吸收由晶格电场热振动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应来决定。

纳米Si/C/N粉体的吸波机理与其结构密切相关。但目前对其结构的研究并没有得出确切结论，本文仅以M.Suzuki等人对激光诱导SiH4+C2H4+NH3气相合成的纳米Si/C/N粉体所提出的Si（C）N固溶体结构模型来作说明。其理论认为，在纳米Si/C/N粉体中固溶了N，存在Si（N）C固溶体，而这些判断也得到了实验的证实。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成带电缺陷。在正常的SiC晶格中，每个碳原子与四个相邻的硅原子以共价键连接，同样每个硅原子也与周围的四个碳原子形成共价键。当N原子取代C原子进入SiC后，由于N只有三价，只能与三个Si原子成键，而另外的一个Si原子将剩余一个不能成键的价电子。由于原子的热运动，这个电子可以在N原子周围的四个Si原子上运动，从一个Si原子上跳跃到另一个Si原子上。在跳跃过程中要克服一定势垒，但不能脱离这四个Si原子组成的小区域，因此，这个电子可以称为“准自由电子”。在电磁场中，此“准自由电子”在小区域内的位置随电磁场的方向而变化，导致电子位移。电子位移的驰豫是损耗电磁波能量的主要原因。带电缺陷从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置，相当于电矩的转向过程，在此过程中电矩因与周围粒子发生碰撞而受阻，从而运动滞后于电场，出现强烈的极化驰豫。

纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性，已经引起了各国研究人员的极度重视，而与其相关的探索与研究工作也已经在多国展开。尽管目前工程化研究仍然不成熟，实际应用未见报道，但其已成为隐身材料重点研究方向之一，今后的发展前景一片光明。而其一旦应用于实际产品，也必将会对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。

2.3纳米复合隐身材料的复合新技术：

隐身材料按其吸波机制可分为电损耗 型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等；磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。运用复合技术对这些材料进行纳米尺度上的复合便可得到吸波性能大为提高的纳米复合隐身材料。近年来，纳米复合隐身材料的制备新技术发展的很迅速，这些新的复合技术主要包括一下几种：

a) 以在材料合成过程中于基体中产生弥散相且与母体有良好相容性、无重复污染为特点的原位复合技术。

b) 以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特点的自蔓延复合技术。

c) 以组分、结构及性能渐变为特点的梯度复合技术。

d) 以携带电荷基体通过交替的静电引力来形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点的分子自组装技术。

e) 依靠分子识别现象进行有序堆积而形成超分子结构的超分子复合技术。

材料的性能与组织结构有密切关系。与其他类型的材料相比，复合材料的物相之间有更加明显并成规律化的几何排列与空间结构属性，因此复合材料具有更加广泛的结构可设计性。纳米隐身符合材料因综合了纳米材料与复合材料两者的优点而具有良好的对电磁波的吸收特性，已经成为目前各主要国家材料科技界人士争相研究的热点之一。

3 纳米复合隐身材料研究的前景展望：

（1）宽频化。目前的反雷达探测隐身技术主要是针对厘米波段雷达，覆盖的频率段有限。例如，谐振型吸波材料只能吸收一种或几种频率的雷达波，介电型吸波材料与磁性吸波材料主要覆盖范围大致分别在厘米波段的低端和高端。而近年

来随着先进红外/紫外探测器，米波段雷达，毫米波段雷达等新型先进探测器的相继问世，以及随之而来的装备部队使用，给原有的隐身手段提出了新的严峻挑战。这就要求隐身材料具备宽频带吸波特性，即用同一种隐身材料对抗多种波段的电磁波源的探测。

（2）复合化。根据目前吸波材料的发展状况，一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术所提出的“薄、轻、宽、强”的综合要求，因此需要将多种吸波材料进行多种形式的复合来获得最佳隐身效果，如铁磁性Mn－Zn、 Ni－Zn铁氧体与铁电性BaTiO3复合，能够极大的提高吸波性能[12,13]；也可以采用有机－无机纳米材料复合技术，这种方法能很方便的调节复合物的电磁参数以达到阻抗匹配的要求，而且可以大大减轻质量，可望成为今后吸波材料研究与发展的重点方向。

（3）低维化。人们为探索新的吸收机理和进一步提高吸波性能，已经日益重视研究纳米颗粒、纤维、薄膜等低维材料。研究对象集中在磁性纳米粒子、纳米纤维、颗粒膜与多层膜等方面，这些低维材料具有吸收频带宽、兼容性好、吸收率高、比重轻等多方面优点，是隐身材料发展中极具潜力的一个方向。

（4）智能化。所谓智能型材料是指具有感知功能、信息处理功能、自我指令并能对信号作出最佳响应功能的材料与结构。目前在航空航天领域内，这种材料正得到越来越广泛的应用，如现在正处于实验室研究阶段的飞行器自适应蒙皮技术，就要求蒙皮材料对气流的流态做出响应，以自身形变调整与气流接触面的形状，达到最适应当前气流流态的效果。此类的材料的潜在价值不可估量，其已经成为材料科学研究中一个主要方向。

参考文献：

1 赵东林，周万城．纳米雷达波吸收剂的研究和发展．材料工程，l998.

2 王海．雷达吸波材料的研究现状和发展方向．上海航天。1999.

3 张立德．纳米材料．化学工业出版社，2000，11.

4 曾戎，章明秋，曾汉民．高分子复合纳米材料研究进展．宇航材料工艺，1999(1).

5 程杰，王为．吸波材料的计算机辅助设计．雷达与对抗，2000(2).

6 袁杰，王荣国等．多层吸波材料的计算机辅助优化设计．哈尔滨工程大学学报，2O(O，4(21).

7 夏新仁.隐身技术发展现状与趋势.中国航天,2002;(1):40～44

8 钱海霞,熊惟皓.纳米复合隐身材料的研究进展.宇航材料工艺,2002;(2):8～11.

9 Crowson A. Smart materials fabrication and materials for micro-electro-mechanical systems. In:Johson G C et al. Materials Research Society Symposium Proceedings, California: Materials Research Society,1992:811～821.

10 李玲等著.功能材料与纳米技术,北京:化学工业出版社,2002:3～5

11 邓建国,王建华,贺传兰.纳米微波吸收剂研究现状与进展.宇航材料工艺,2002;(5):5～9.

12 张玉龙等.纳米技术与纳米塑料,北京:中国轻工业出版社，2002:372～378.

13 Yamamoto T, Chino M, Tanaka R. Study of ferroelectrics composites. Ferroelectric, 1989;95:175～178.

篇二：纳米隐形材料综述

纳米隐形材料的研究和前景综述

作者：杜彬 班级：应用化学101班 学号：101003104

摘要：纳米材料由于其特殊的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应和宏观量子隧道效应产生优良的电磁波吸收性能受到世界各国的重视，本文介绍了纳米隐身材料的特性、吸波机理以及国内外纳米隐身材料的研究进展情况，并对纳米隐身材料今后的发展方向进行了展望。

关键词：纳米材料；隐形；效应； 吸波性能

引言

随着电子科技的迅猛发展，各种新型雷达探测器及精密武器相继问世，使得未来战场上武器特别是一些大型的作战武器，如飞机、坦克、导弹、舰艇等所面临的威胁日益增加，于是为了提高在战场上的生存能力、防御能力和攻击能力，隐形技术普遍受到了世界各国的高度重视。隐形技术已经由原来的“锦上添花”变成现在的“必不可少”，隐形技术的发展关键在于材料技术的发展，现代化的战争对吸波材料的性能提出了越来越高的要求，一般传统意义的吸波材料已经很难满足薄、轻、宽、强的综合要求，各国都在积极开发新型的隐形材料，纳米隐身材料研究是目前隐身材料研究中一个非常活跃的热点，纳米材料具有纳米小尺寸效应、宏观量子隧道效应、界面效应等特点，使其在光、电、磁等物理方面具有独特的性质，可导致微波的高磁导率、高磁损耗，实现微波的宽频带强吸收，而且具有兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，是一种具有很大发展潜力的新一代隐形材料。

1、纳米隐身材料的特性及吸波机理

1.1特性分析

纳米材料是指材料组分的特性尺寸在纳米数量级(1nm—lOOnm)的材料，纳米隐形材料是指以磁性纳米材料或结构为主体构成的一种复合型隐形材料，由于结构和组成的特殊性，纳米隐形材料具有一些独特的特性,主要体现在以下几个方面：

（1）特性尺寸在lnm—lOOnm之内，低于微波频段趋肤深度，可以避开趋肤效应的制约。

（2）磁性金属纳米材料具有高饱和磁化强度及形状各向异性，其微波频段的磁导率和磁损耗可比磁性金属微米颗粒吸收剂高2个以上数量级，该特点可使纳米隐形材料具有大幅度的提高低频段吸波性能的潜力。

（3）通过调整吸波材料的成分、组成、结构等可进行微波电磁谱频率响应特性调控，通过结构和成分的优化设计，可使阻抗由表及里渐变，实现阻抗匹配。

1.2吸波机理

当材料粒子尺寸在纳米级时，量子效应使纳米的电子能级发生分裂，分裂能级间隔正好处于与微波对应的能量范围(10-2—10-5eV)内，从而导致新的吸波效应。同时由于比表面积大、表面原子比例高、悬挂键增多，因而截面极化和多重散射成为重要的吸波机制。另外，磁性纳米粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗，以上吸波机理尚需进一步完善和深入研究。

2、纳米隐形材料的制备方法

下面重点以两种常用的方法来具体讨论纳米隐形材料的制备方法。

2.1溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法是近年来发展的一种制备纳米隐形材料的新工艺。此法是将金属有机或无机化合物经溶液制成溶胶，再在一定条件下（如加热）将其脱水，则具有流动性的溶胶逐渐变粘稠，成为略显弹性的固体凝胶，再将凝胶干燥、焙烧得到纳米级产物。烧结的方式和温度随物料的不同也有差异，如用微波加热代替常规加热，在较低的温度和极短时间内合成了粒度小、纯度高的超细粉；还比如用γ射线照射制得纳米级Cd、Se/聚丙烯酰胺复合粉。此类方法还能制备气孔互联的多孔纳米材料。可利用液体渗透、物理方法和化学沉积、热解、氧化及还原反应来填充气孔以制备复合材料。目前采用此法制备纳米隐形材料的具体技术和工艺很多，但按其产生溶胶－凝胶的机制来分主要有三种类型。

（1）传统胶体型。通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉降，得到稳定均匀的溶胶，再经蒸发溶剂（脱水）得到凝胶。Adriana S.Albuquerque等人运用传统胶体法使Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米颗粒向前在SiO2玻璃相中，通过改变铁氧体的量和退火温度来获得需要的磁性能。

（2）无机聚合物型。通过可溶性聚合物在水或有机相中的溶胶－凝胶法过程，使金属离子均匀分散于凝胶中。常用聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸、聚丙烯酰胺等。王丽等人用聚乙烯醇溶胶－凝胶法制得Ni1-xZnxFe2O4（0≤x≤1）纳米颗粒，此法得到的产物纯度高，颗粒细，热处理温度低。Gang Xiong等人用硬脂酸凝胶法制得10－25nm大小的Ba4Co2Fe36O60粉末，且随热处理温度提高，粉末形状由球形转化为立方体。

（3）络合物型。利用络合剂将金属离子形成络合物，再经溶胶－凝胶过程形成络合物凝胶。常用络合剂有柠檬酸等。刘常坤采用柠檬酸络合分解的溶胶－凝胶法制得平均粒径30nm且分散均匀的CoFe2O4超细微粒。

与其他传统的无机材料制备方法相比，溶胶－凝胶法具有反应烧结温度低，粒径分布均

匀等优点，但其也有反应时间过长，凝胶易开裂等缺点。这些都值得我们在应用此法时给予足够的注意。

2.2 激光诱导化学气相反应法

激光诱导化学气相反应法是利用激光来引发、活化反应物系，从而合成高品位纳米隐形材料的一种方法。其基本原理是：利用大功率激光器的激光束照射于反应气体，反应气体通过对激光光子的强吸收，气体分子或原子在瞬间得到加热、活化，在极短时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度，迅速完成反应、成核与凝聚、生长等过程，从而制得相应物质的纳米微粒。因此，简单的说，激光法就是利用激光光子能量加热反应体系，从而制得纳米微粒的一种方法。通常，入射激光束垂直于反应气流，反应气体分子或原子吸收激光光子后被迅速加热，根据S Haggerty的估算，激光加热的速率为106－108°C/s，加热到反应最高温度的时间小于10-4s。被加热的反应气流将在反应区域内形成稳定分布的火焰，火焰中心的温度一般远高于相应化学反应所需温度，因此反应将在10-3s内完成。生成的核粒子在载气流的吹送下迅速脱离反应区，经短暂生长过程到达收集室。

入射激光能否引发化学反应取决于入射光的频率——气体分子对光能的吸收系数一般与入射光频率有关。为保证制备过程中反应生成的核粒子快速冷凝，获得超细微粒，需要冷壁式反应室。常用水冷式反应器壁和透明辐射式反应器壁。这样有利于在反应室中构成较大温度梯度分布，加速生成核粒子冷凝，抑制其过分生长。此外，为防止颗粒碰撞、粘连团聚，甚至烧结，还需要在反应器内配惰性保护气体，使生成的纳米微粒的粒径得到保证。另外，通过对加入反应气体成分的控制，可以制得复合纳米隐形材料。

激光法与普通加热法制备纳米微粒有极大不同，这主要表现为：

（1）冷的反应器壁，无潜在污染。

（2）原料气体分子直接或间接吸收光子能量后迅速进行反应。

（3）反应具有选择性。

（4）反应区条件可以被精确的控制。

（5）激光能量高度集中，反应区与周围环境之间温度梯度大，有利于生成核粒子快速凝结。由于激光法具有上述的技术优势，因此，采用此法可以制得均匀、高纯、超细、粒度窄分布的各类微粒。尽管存在成本较高的问题，但这种方法也已经开始走向工业化，毕竟，激光法是一种制备纳米微粒的理想方法。

3、纳米隐身材料的研究进展

国内外研究的纳米隐形材料主要有：纳米金属和合金、纳米金属单层膜和多层膜、纳米

铁氧体、纳米导电聚合物、纳米SiC、纳米纳米碳纤维吸波材料等。

3.1国内研究情况

国内从20世纪80年代末一直关注纳米材料用于雷达波隐身的可能性，在纳米隐形机理的理论研究和实验研究方面均有所进展。 赵东林等曾系统的报道了雷达波吸收剂的研究进展，并详细介绍了一些纳米粒子作为电磁波吸收剂在隐身技术上的应用，认为纳米ZnO在这方面具有很好的功效。 成都电子科技大学研制的纳米针形磁性金属粉、多层纳米膜复合吸波材料，纳米针形磁性金属粉通过成分的变化，可以有效地控制其频率特性，有利于展宽吸收频带。在此基础上，他们对轻质多层膜复合材料进行了研究，通过控制镀膜工艺和损耗层成分的方法达到有效调节镀膜颗粒复合材料的电导率、比饱和磁化强度进而调节电磁参数，是一种轻质复合吸收剂。 南京大学、华中科技大学在纳米物性研究的基础上，理论上论证了采用纳米磁性多层膜提高隐身材料吸波效果的可行性，并采用磁控溅射技术试制了纳米晶薄膜，在4GHz一6GHz，磁导率可达到40左右，比磁性微米吸收剂提高了10倍，这也表明了纳米隐形材料研究方向的正确性。

3.2国外研究情况

美、俄、法等军事强国都把纳米隐形材料作为新一代的隐形材料进行探索和研究，并对纳米材料的微波电磁谱理论、材料系列、制备方法、性能表征等进行了系统研究，研制出了多种不同结构的纳米隐身材料，取得了实质性进展。 1995年，日本采用纳米碳管与磁性吸收剂复合，设计了纳米材料吸波涂层，吸波性能有一定的提高，在此基础上，具有更明显的形状、磁晶、应力各向异性的二维纳米结构磁性金属薄膜逐渐引起了人们的重视。 20世纪末，美国研制出的“超黑粉”纳米隐身材料，对雷达波吸收率达到99％，这种“超黑粉”纳米隐形材料实际上是用纳米石墨做吸收剂制成的石墨一热塑性。复合材料和石墨环氧树脂复合材料，不仅吸收率大，而且在低温下仍保持良好的韧性。 2000年俄罗斯成功利用了纳米晶体膜的高磁损耗和高磁导率特性，制备了超薄型多层膜毫米波吸波材料，具有良好的隐身效果。 法国研制的一种磁性多层膜宽频带纳米隐身材料，它是由粘结剂和纳米级微屑填充材料构成，能够吸收超高频的电磁波，纳米级由超薄不定型磁性薄层及绝缘层构成，非晶态磁性材料层为具有高磁导率的铁磁性材料，层厚度为3nm，绝缘层为碳或者无机材料，厚度为5nm，这种材料的磁导率均大于6(在0．1GHz一18GHz宽频带内)，电阻率高于5Ω，在50MHz一50GHz频率范围内具有良好的吸波性能。

4、前景展望

纳米隐形材料包括零维的纳米颗粒，一维的纳米纤维、纳米管等，二维的单层纳米膜、

多层纳米膜、纳米颗粒膜等，纳米颗粒与胶粘剂混合后可等效为均匀介质，在微观物性不能显著改变宏观参量特别是饱和磁化强度的大小时，其电磁参量仍受snoek关系式的制约，很难提高其磁导率；一维的纳米纤维、纳米管和二维纳米膜均属于各向异性材料，一维的纳米纤维、纳米管只在一个方向上具有各向异性，二维纳米膜则在垂直方向上具有强形状各向异性，面内还可进行各向同性或弱各向异性的调节，因而能够不受三维各向同性snoek的限制，可大幅度提高磁导率，同一维纳米纤维、纳米管相比二维纳米膜具有更好的发展前景，尤其是纳米多层膜，具有易于控制各层参数可调的优点，有可能成为未来极具发展前途的吸波材料。根据国内外纳米隐身材料研究情况，可将纳米隐身材料的发展方向归纳如下：

（1）从材料选择上，逐渐从零维、一维向具有形状各项异性二维纳米结构的方向发展，其中磁性金属纳米膜，特别是纳米磁性多层膜是未来的一个重要发展方向。

（2）理论上，微波高磁导率和高磁损耗机制正处于不断深化研究过程中，微波电磁谱可调控研究正在向高频扩展。

（3）在原有磁损耗型吸收剂的基础上，通过添加一维的纳米纤维、纳米管、二维纳米膜等得到的复合纳米晶结构材料的研究，有可能得到低频高磁导率的吸收剂，满足阻抗匹配要求。可望成为吸波材料研究和发展的重要方向。此设想还有待进一步试验和验证。

5、结束语

纳米隐形技术随着纳米材料技术的发展而发展，在纳米材料的制备合成技术不断取得进展和基础理论日趋完善的基础上，纳米隐形材料也必将取得更快的发展。国外开展纳米隐形的研究较早，投入力度大，已经系统研究了磁性纳米材料的微波电磁谱理论、材料系列、制备方法、性能表征和测试方法，研制出多种不同的纳米隐形材料，取得了实际性进展；我国纳米隐形材料的研究处于初步阶段，投入较少，虽开展了理论、物性及制备方法等方面的研究，但涉及到纳米隐形材料的电磁波传输、耗散机理与设计方面的研究较少，还有很多关键技术没有攻克，应加大基础研究力度，使我国的纳米隐身技术迈上一个新的台阶。参考文献:

[1]文怡.隐形材料的发展和应用[J].今日科技,2013,(7):44-47.

[2]多功能叠层复合隐形材料[Z]昆山军威特种防水材料有限公司.2007.

[3]王会宗.隐形材料及其应用[C].//中国磁性产业跨越性可持续发展战略研讨会论文集.2003:108-114.

[4]新隐形材料能屏蔽可见光谱检测[J].硅谷,2011,(17):4-4.

[5] 王光华、董发勤、贺小春.纳米吸波材料研究进展[J].中国粉体技术，2007，（04）：1-3

[6]杜新瑜、灯亮、等．雷达智能隐身技术和材料[J]．纳米材料与应用，2004，2(4)：24—27

[7]杜玉成,黄坤良.空心微珠为基核的纳米隐形材料的制备研究[C].//二十一世纪第一届非金属矿加工应用技术和市场信息交流会.2001:73-76.

篇三：隐形材料

隐形材料

也许你曾经梦想穿越国王十字架火车站的九又四分之三站台，进入蜂蜜色的城堡霍格沃茨学院，披上属于自己的隐身斗篷，与伏地魔殊死搏斗；也许你还曾幻想来自未来世界的小叮当会突然从书桌抽屉跳出，从他无所不能的口袋里掏出一件隐身衣，让你自由穿梭于梦想世界。

现实中，我们常常撞见“隐身”：在QQ、MSN这样的聊天工具中，在开心网的菜园里。躲在暗处，偶尔关心下其他人上上下下，或持着剪刀，拿上一把剪刀去别家园子偷一束玫瑰——虚拟世界里，隐身那么容易，以至于我们快要忘记，科技界耗心费神，正在隐身技术上获得突破性进展。

想让物体隐身，有两个条件：完全透明，与周围介质的折光率相同或相近。能够满足的隐身技术的材料也不断更新。目前，隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。 自古以来，军事家们一直在追求战场对己方的单向透明，竭力使彼不知己。埋伏山林、夜战突袭，是使敌看不见我；人衔枚、马摘铃，是使敌听不到我。而现代战场上，各国军队更是从可见光、声波、雷达波等全方位追求武器装备的隐身性能，从骗人耳目到对抗雷达，与越来越“耳聪目明”的探测装备相抗衡，以更好地保存自己、更有效地打击对方。。

隐身技术不可能不受欢迎：作战中，披一件隐身衣，开一辆隐形车，可以看到敌方，敌方却看不到自己，胜负的天平将一面倒。多年来，人们正努力让这样的场景从梦幻走向现实。 陆地上，迷彩、变色、扭曲光，站在对面你看不见我；天空中，吸收、散射、绕射雷达波，自由翱翔你找不着我。英国BAE系统公司研发出一种电子伪装技术，能够使用一种“电子墨水”来让坦克“隐身”。他们在坦克车体上安装了电子传感器，这些传感器会把周围环境的影像反向投影到车体外部，使其融入到周围的景色中，从而使其“瞬间遁形”以规避攻击。而且坦克车体上的影像会跟随环境的变化而变化，始终确保坦克处于伪装中。 水面下，减震、降噪、扭曲声波，任凭探测你听不到我。让你听不到——噪声越来越小，能让声波弯曲，声学隐身罩可骗声呐。摩洛哥装备隐身护卫舰，挪威海军的隐身护卫舰新加坡“可畏”级护卫舰，印度国产 “萨特普拉”号隐身护卫舰，英国皇家海军隐身驱逐舰等。

通常，水下看不到但可以通过声呐探测到。但是，现在有的声学隐形技术可以让你听不到。近日，美国科学家研制出一种声学隐形外罩，在一个特定空间中控制声波并将其弯曲或扭曲，水下物体在这种声学隐形外罩的遮挡下，甚至连声呐和其他各种超声波都探测不到。研究人员设计了一个二维的圆柱形外罩，这种外罩由16个声音线路构成的同心环组成，可以引导声波的方向。实际上就是将声波弯曲，使其环绕在隐形外罩的外层。这项技术可以覆盖很宽范围的波长，其应用范围将相当广泛。 天空中，吸收、散射、绕射雷达波，自由翱翔你找不着我。让你测不着——采用新材料新技术，隐藏武装飞机、导弹，隐形运用领域日趋广现代隐身技术最早应用在飞机上，隐身飞机发展最快，也最成熟广泛。

美国宾夕法尼亚大学的电子与系统工程教授纳达尔·恩格赫塔说：“这是一种非常有趣的科学，也是一种非常有趣的创意，得到了数学和物理学伟大的基础支持。”事实上，恩格赫塔正在用一种被称为元材料的新奇材料，研制隐形服。英国物理学家彭德利和同事也使用元材料，它能让电磁射线比如无线电波或可见光等，向任何方向折射。用这种材料制成的外衣，既不反射光线也不投射阴影。就像一条小河沿着一块平滑的大石头流淌一样，光线和电磁射线，照射到斗篷上后就顺着衣服“流走”了，就好像从未碰到障碍物一样。旁人无法在衣服上看到光线，一切就这样消失了。

但是目前隐形技术，还是没有想象的那么成熟，同样存在难关，下面介绍目前在技术上遇到的难关。

1．为达到完全隐形的效果，通过离被隐形物体最近的光波，必须以超过相对论的“光速极限”（注：在爱因斯坦的相对论中，光速无法被超越。）的方式偏转。幸运的是，爱因斯坦的理论允许平滑光脉冲经历这样的转变。

2、隐形效果只对特殊范围的波长有作用，只能在非常小的频率范围内发挥效果。

3、防护罩可用于覆盖任何形状的物体，但不能飘动。移动的物体会破坏隐形效果。

4、研制出针对雷达的隐形材料还相对容易，其内部结构用毫米计算即可。但要研制出针对视觉的隐形材料，则难度很大，其结构必须是纳米级别的。此外，科学家还要考虑使潜艇和军舰等更重更大的物体隐形。

隐形材料大量应用在军事与民用方面，而且前景广阔，这必将是未来的趋势。例如，可研制一种容器遮蔽核磁共振扫描仪干扰；可建隐形罩以避免障碍物阻挡手机信号；甚至可在炼油厂上建一个隐形罩，使它不影响海边的美丽风景。医生手术所戴的手套使用“隐形”技术，医生动手术的手就会变得“透明”，不会挡住需要手术的部位。飞机驾驶舱的底部“穿”上“隐形衣”，飞机着陆时，驾驶员就能很清楚地看到地面跑道的情况，着陆时就更安全。

科学技术的不断发展使得各种可探测技术、隐形材料层出不穷，以往只能在科幻小说里见到的隐形兵器、隐形人，而今已悄然走出实验室，出现在信息化战场上。尤其伴随隐形飞行器、隐形战斗车辆、隐形舰艇、隐形弹药的出现，单兵隐形技术也从实验室走上了战火纷飞的阵地。

隐形技术并非让人从人间蒸发，而是利用光学原理、电磁原理，使自己在敌人的视觉、光学侦察器材、红外侦察器材前不可见，或与环境融合而不可辨。

随着隐形技术和隐形装备的不断发展，身着隐形衣的作战人员涌向未来战场，必将给传统的侦察设备带来全新挑战，同时，也必将推动隐形与反隐形对抗技术的加速发展。

你想有一件哈利波特一样的隐身衣吗？你想象好莱坞大片里的一样的隐身技术吗？以目前的技术是可以做到的，下面将介绍几种利用隐身技术做成的隐身衣。

隐身衣大致分4种，1.反可见光侦察隐形衣。它印有与大自然主色调一致的6种颜色构成的变形图案。这些图案是经过计算机对大量丛林、沙漠、岩石等复杂环境进行统计分析后模拟出来的。它可使着装者的轮廓产生变形，其细碎的图案与周围环境完全融合，即使目标在运动也不易被发现。2.反红外侦察隐形衣。它由精选的6种颜色作为染料，并掺进特殊化学物质后制成。该隐形衣与周围自然景物反射的红外光波大致相似，颜色效果更接近大自然的色彩环境，以此迷惑敌人的视觉和干扰红外侦察器材。

3.变色隐形衣。它是一种由光敏变色物质处理过的化纤布制成的作战服，也可用光敏染料染在普通布料上制成。不论是在绿色的丛林、黄色的沙滩、蓝色的海洋还是白雪皑皑的原野，隐形衣都会根据周围环境的变化而自动改变颜色，着装者能够很容易地接近袭击目标，而不易暴露自己。4.视而不见的透明服。日本东京大学工程学教授田智晋也研发出一种神奇的“透明服”，可以从人前看到人后的一切，从而达到“视而不见”的隐形效果。其原理是利用透明服后的摄像机，把影像传送并映射到前面具有反光功能的衣服表面，使人能看到着装者背后的影像，如同着装人是“透明”的。 隐形技术的发展是未来的趋势，每个国家都会大手笔的发展，当然，在发展隐形技术的同时，也会发展反隐形。俗话说‘每一个硬币都会有正面与反面’。隐形技术的发展必然促进反隐形的发展，中国在过去的几十年里快速发展隐形技术。现在，就算是像美国这样的军事大国也不会小看中国了。这同样说明了隐形技术对于国家乃至整个人类的重要性！

物理院材料科学与工程2班

尹学威

2011700226

2012-11-9

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ufjb.html