低發(fā)射率紅外隱身材料的制備與應用.pdf

1、在現(xiàn)代高科技作戰(zhàn)條件下，紅外探測技術的快速發(fā)展使參戰(zhàn)士兵的安全性和生存力受到了嚴重的威脅，越來越多的國家開始致力于單兵紅外隱身技術的研究。實現(xiàn)單兵紅外隱身的主要途徑是采用紅外隱身紡織材料來降低單兵的紅外輻射強度及其在背景中的可識別性。但普通紡織材料特殊的有機分子結構和組織結構使其表面紅外輻射強度很高，難以躲避紅外探測器的偵察和跟蹤。單兵紅外隱身技術涉及軍事機密，這為紅外隱身紡織品的研究增加了許多困難，目前取得成果較少。因此，對紡織品進行

2、紅外隱身研究具有非常重要的意義。低發(fā)射率材料具有優(yōu)異且持久的紅外隱身性能，可以賦予紡織品顯著的紅外隱身效果。通過低發(fā)射率材料整理紡織品這種方法在成本上和工藝操作上具有較高的競爭力。因此，本文設計合成了有序介孔碳-摻鋁氧化鋅（C-AZO）復合材料、智能隱身材料摻鎢二氧化釩(W-doped VO2)和稀土材料鋁酸鑭(LaAlO3)三種新型低發(fā)射率材料，并對其結構表征分析；分別研究了三種低發(fā)射率材料對織物紅外隱身性能的影響，探討了紅外隱身機理

3、。
　　（1）有序介孔C-AZO材料的制備及其紅外隱身性能研究
　　以三嵌段聚合物PEO106-PPO70-PEO106為結構導向劑，水溶性酚醛樹脂(resol)為高分子前驅體，AZO溶膠為無機前驅體，采用溶劑揮發(fā)誘導-煅燒法合成有序介孔 C-AZO復合材料。通過小角 X射線散射測試（SAXS）、X射線衍射測試（XRD）、N2吸附/脫附分析、透射電鏡（TEM）和X射線能譜（EDX）等多種測試手段對反應產(chǎn)物的結構和形貌進行表征

4、。結果表明C-AZO復合材料呈現(xiàn)典型的有序介孔結構，AZO負載在碳骨架上。有序介孔C-AZO復合材料結構的有序性隨煅燒溫度的升高和AZO負載量的增加逐漸被破壞。當煅燒溫度為500℃, AZO負載量為5 wt.％時，有序介孔C-AZO復合材料結構的有序性最好。在本實驗添加范圍內，Al摻雜量的多少對復合材料的有序結構無影響。該試驗方法成本低、安全性高、操作簡單。
　　采用有序介孔C-AZO復合材料對金屬板和棉織物涂層整理。通過IR-2

5、雙波段發(fā)射測試儀研究了有序介孔 C-AZO復合材料的紅外發(fā)射性能。結果表明C-AZO涂層金屬板的紅外發(fā)射率可降至0.400，表現(xiàn)出優(yōu)異的低紅外發(fā)射性能。采用C-AZO復合材料整理棉織物，可以將其紅外發(fā)射率從0.941降為0.795。此外，C-AZO涂層棉織物的紅外發(fā)射率隨有序介孔C-AZO復合材料含量增加先降低后趨向定值。通過熱成像測試研究表明涂層織物的紅外輻射強度低于未涂層織物的紅外輻射強度，意味著C-AZO涂層織物可以降低目標的紅外

6、輻射強度及被探測的概率。通過紅外隱身機理探究表明有序介孔C-AZO復合材料的低發(fā)射率特性是由AZO的高反射性、介孔碳的導電性以及多孔結構的協(xié)同作用賦予的。
　　（2）摻鎢二氧化釩的制備及其自適應紅外偽裝性能研究
　　采用水解-煅燒法制備摻鎢二氧化釩，以水合硫酸氧釩為釩源、二水合鎢酸鈉為鎢源，合成B相未摻雜和摻鎢二氧化釩粉體，再經(jīng)二次煅燒制備M相未摻雜和摻鎢二氧化釩粉體。通過 XRD測試和SEM測試研究二次煅燒溫度和煅燒時間對

7、二氧化釩從B相向M相轉變過程中結構和形貌的影響。結果表明：煅燒溫度越高，煅燒時間越長，B相向 M相的轉變過程越完全。通過差示掃描量熱測試（DSC）研究摻鎢二氧化釩的相變性能，結果說明摻鎢 M相二氧化釩具有良好的相變性能，其相變溫度隨摻鎢量的增加而降低。
　　采用摻鎢二氧化釩對棉織物涂層整理，并采用IR-2雙波段發(fā)射儀測試和熱成像測試對涂層織物的自適應紅外偽裝性能進行研究。結果顯示增加摻鎢量能夠有效降低涂層織物紅外發(fā)射率突變的溫度，

8、但同時也降低了其相變前后紅外發(fā)射率的突變量。摻鎢量為0%、0.5%、1.0%和1.5%時對應的相變前后紅外發(fā)射率變化率分別為20.4%、18.2%、12.9%和10.0%。為了使制備的涂層織物具有實用價值，實驗選用相變溫度接近夏季中午環(huán)境溫度的摻鎢量為1.0%的M相二氧化釩(Tc=48.2℃)為例來重點研究。涂層織物的紅外發(fā)射率隨M相摻鎢二氧化釩添加量的增加先降低后趨向于定值。當摻鎢二氧化釩添加量為40 wt.%時，涂層織物能夠獲得最優(yōu)

9、的熱致變紅外發(fā)射率特性。涂層織物的紅外發(fā)射率可由相變前0.948降低為相變后0.752。熱紅外成像測試結果說明當溫度升高至摻鎢二氧化釩相變點后涂層織物的紅外輻射強度低于未涂層織物，且具有良好的紅外隱身性能持久性。摻鎢二氧化釩涂層織物具有自適應紅外偽裝性能，可隨外界溫度的變化改變自身的紅外輻射強度來適應環(huán)境的變化，實現(xiàn)智能隱身。
　　（3）鋁酸鑭的制備及其紅外隱身性能的研究
　　實驗以LaCl3·6H2O和AlCl3·6H2O

10、為原料采用溶膠-凝膠法制備LaAlO3。XRD和TEM測試表明，LaAlO3的晶體結構受煅燒時間和煅燒溫度的影響。當煅燒溫度為1300℃，煅燒時間為4 h時制得純相LaAlO3。為了評價LaAlO3的紅外發(fā)射性能，實驗以LaAlO3為填料制備涂料涂覆金屬板。IR-2雙波段發(fā)射儀測得涂層的紅外發(fā)射率為0.361，LaAlO3表現(xiàn)出優(yōu)異的低紅外發(fā)射性能。
　　采用LaAlO3涂料涂覆棉織物，并對其低紅外發(fā)射性能及其他性能如強力、耐水洗

11、牢度和耐摩擦性等進行研究。IR-2雙波段發(fā)射儀測試結果顯示，LaAlO3涂層織物的紅外發(fā)射率最低可至0.697。通過熱紅外成像測試，相較于未涂層織物, LaAlO3涂層織物的紅外輻射強度明顯降低，表明該涂層織物具有顯著的紅外隱身性能。LaAlO3的紅外隱身性能不受基底的影響，可以選用不同的基底來體現(xiàn)。純棉織物經(jīng)LaAlO3涂層后手感變得厚重、粗糙；硬挺度上升；斷裂強力稍有增加；耐水洗牢度較好，經(jīng)20次水洗后涂層織物的紅外發(fā)射率為0.81