低發(fā)射率紅外隱身材料的制備與應(yīng)用.pdf

1、在現(xiàn)代高科技作戰(zhàn)條件下，紅外探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展使參戰(zhàn)士兵的安全性和生存力受到了嚴(yán)重的威脅，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始致力于單兵紅外隱身技術(shù)的研究。實(shí)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(lái)降低單兵的紅外輻射強(qiáng)度及其在背景中的可識(shí)別性。但普通紡織材料特殊的有機(jī)分子結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)使其表面紅外輻射強(qiáng)度很高，難以躲避紅外探測(cè)器的偵察和跟蹤。單兵紅外隱身技術(shù)涉及軍事機(jī)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(duì)紡織品進(jìn)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)力。因此，本文設(shè)計(jì)合成了有序介孔碳-摻鋁氧化鋅（C-AZO）復(fù)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(duì)其結(jié)構(gòu)表征分析；分別研究了三種低發(fā)射率材料對(duì)織物紅外隱身性能的影響，探討了紅外隱身機(jī)理

3、。
　?。?）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(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，水溶性酚醛樹(shù)脂(resol)為高分子前驅(qū)體，AZO溶膠為無(wú)機(jī)前驅(qū)體，采用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)-煅燒法合成有序介孔 C-AZO復(fù)合材料。通過(guò)小角 X射線散射測(cè)試（SAXS）、X射線衍射測(cè)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(cè)試手段對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征

4、。結(jié)果表明C-AZO復(fù)合材料呈現(xiàn)典型的有序介孔結(jié)構(gòu)，AZO負(fù)載在碳骨架上。有序介孔C-AZO復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有序性隨煅燒溫度的升高和AZO負(fù)載量的增加逐漸被破壞。當(dāng)煅燒溫度為500℃, AZO負(fù)載量為5 wt.％時(shí)，有序介孔C-AZO復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有序性最好。在本實(shí)驗(yàn)添加范圍內(nèi)，Al摻雜量的多少對(duì)復(fù)合材料的有序結(jié)構(gòu)無(wú)影響。該試驗(yàn)方法成本低、安全性高、操作簡(jiǎn)單。
　　采用有序介孔C-AZO復(fù)合材料對(duì)金屬板和棉織物涂層整理。通過(guò)IR-2

5、雙波段發(fā)射測(cè)試儀研究了有序介孔 C-AZO復(fù)合材料的紅外發(fā)射性能。結(jié)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(fù)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(fù)合材料含量增加先降低后趨向定值。通過(guò)熱成像測(cè)試研究表明涂層織物的紅外輻射強(qiáng)度低于未涂層織物的紅外輻射強(qiáng)度，意味著C-AZO涂層織物可以降低目標(biāo)的紅外

6、輻射強(qiáng)度及被探測(cè)的概率。通過(guò)紅外隱身機(jī)理探究表明有序介孔C-AZO復(fù)合材料的低發(fā)射率特性是由AZO的高反射性、介孔碳的導(dǎo)電性以及多孔結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用賦予的。
　?。?）摻鎢二氧化釩的制備及其自適應(yīng)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(guò) XRD測(cè)試和SEM測(cè)試研究二次煅燒溫度和煅燒時(shí)間對(duì)

7、二氧化釩從B相向M相轉(zhuǎn)變過(guò)程中結(jié)構(gòu)和形貌的影響。結(jié)果表明：煅燒溫度越高，煅燒時(shí)間越長(zhǎng)，B相向 M相的轉(zhuǎn)變過(guò)程越完全。通過(guò)差示掃描量熱測(cè)試（DSC）研究摻鎢二氧化釩的相變性能，結(jié)果說(shuō)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(duì)棉織物涂層整理，并采用IR-2雙波段發(fā)射儀測(cè)試和熱成像測(cè)試對(duì)涂層織物的自適應(yīng)紅外偽裝性能進(jìn)行研究。結(jié)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(shí)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(shí)對(duì)應(yīng)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(shí)用價(jià)值，實(shí)驗(yàn)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(lái)重點(diǎn)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(dāng)摻鎢二氧化釩添加量為40 wt.%時(shí)，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(cè)試結(jié)果說(shuō)明當(dāng)溫度升高至摻鎢二氧化釩相變點(diǎn)后涂層織物的紅外輻射強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)度來(lái)適應(yīng)環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)智能隱身。
　?。?）鋁酸鑭的制備及其紅外隱身性能的研究
　　實(shí)驗(yàn)以LaCl3·6H2O和AlCl3·6H2O

10、為原料采用溶膠-凝膠法制備LaAlO3。XRD和TEM測(cè)試表明，LaAlO3的晶體結(jié)構(gòu)受煅燒時(shí)間和煅燒溫度的影響。當(dāng)煅燒溫度為1300℃，煅燒時(shí)間為4 h時(shí)制得純相LaAlO3。為了評(píng)價(jià)LaAlO3的紅外發(fā)射性能，實(shí)驗(yàn)以LaAlO3為填料制備涂料涂覆金屬板。IR-2雙波段發(fā)射儀測(cè)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(duì)其低紅外發(fā)射性能及其他性能如強(qiáng)力、耐水洗

11、牢度和耐摩擦性等進(jìn)行研究。IR-2雙波段發(fā)射儀測(cè)試結(jié)果顯示，LaAlO3涂層織物的紅外發(fā)射率最低可至0.697。通過(guò)熱紅外成像測(cè)試，相較于未涂層織物, LaAlO3涂層織物的紅外輻射強(qiáng)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(lái)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(qiáng)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