隱身材料應用 2020隱身材料行業(yè)發(fā)展前景趨勢及現(xiàn)狀分析

• 2020年6月30日 WuYaNan來源：中研網(wǎng) 423 21
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隨著國防產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，隱身材料技術研發(fā)是全球各國研發(fā)焦點?，F(xiàn)代攻擊武器的發(fā)展，特別是精確打擊武器的出現(xiàn)，使武器裝備的生存力受到了極大的威脅，單純依靠加強武器的防護能力已不實際。采用隱身技術，使敵方的探測、制導、偵察系統(tǒng)失去功效，盡可能地隱蔽自己，掌握戰(zhàn)

隨著國防產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，隱身材料技術研發(fā)是全球各國研發(fā)焦點?，F(xiàn)代攻擊武器的發(fā)展，特別是精確打擊武器的出現(xiàn)，使武器裝備的生存力受到了極大的威脅，單純依靠加強武器的防護能力已不實際。采用隱身技術，使敵方的探測、制導、偵察系統(tǒng)失去功效，盡可能地隱蔽自己，掌握戰(zhàn)場的主動權。搶先發(fā)現(xiàn)并消滅敵人，已成為現(xiàn)代武器防護的重要發(fā)展方向。隱身材料是隱身技術的重要組成部分，隱身材料可以降低被探測率，提高自身的生存率，是隱身技術的重要組成部分。隱身材料按頻譜可分為聲、雷達、紅外、可見光、激光隱身材料。按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結構材料。

隱身材料應用

隱身技術的最有效手段是采用隱身材料。美國在隱身技術和材料研究方面處于領先水平。在航空領域，許多國家都已成功地將隱身技術應用于飛機的隱身;在常規(guī)兵器方面，美國對坦克、導彈的隱身也已開展了不少工作，并陸續(xù)用于裝備。

2020隱身材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景趨勢分析

對隱身材料來說，對某種探測手段的隱身性能好，往往對另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對激光探測的隱身性能好，一般對紅外探測就不能隱身，這就是隱身材料的相容性問題。為解決這一問題，需要研制兼容型隱身材料，如雷達波、紅外兼容隱身材料，紅外、激光兼容隱身材料，雷達波、紅外、激光等多種兼容的隱身材料等。

近年來，在政策扶持下，我國隱身材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略起到了積極作用。隱身材料按頻譜可分為聲、雷達、紅外、可見光、激光隱身材料。按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結構材料。雷達吸波材料(RAW)是最重要的隱身材料之一，它能吸收雷達波，使反射波減弱甚至不反射雷達波，從而達到隱身的目的。

超材料作為雷達隱身材料，是隱身技術中的一項重要技術，廣泛應用于電磁隱身、電磁兼容、軍事通信、電子對抗等重要領域。超材料在完成了技術化、工程化到產(chǎn)品化的過程后，實現(xiàn)了從科學實驗到高尖端裝備的應用，也具備了在裝備硬件上普及的可能性。借助軍民融合這一新經(jīng)濟發(fā)展的重要契機，將成為拉動經(jīng)濟發(fā)展的新引擎，迎來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇。由科技與資本雙輪驅動，帶動成熟穩(wěn)定的軍用技術轉入民用，可以為經(jīng)濟社會發(fā)展提供強大的推動力。

根據(jù)中研普華研究院《2020-2025年隱身材料行業(yè)市場深度分析及發(fā)展策略研究報告》顯示：

國內外新型隱身材料未來發(fā)展趨勢分析

第三節(jié) 基于石墨烯吸波材料發(fā)展趨勢

一、基于石墨烯的納米復合吸波材料

常見的制備石墨烯-聚合物納米復合材料的聚合物有聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯胺(PNAI)、聚丙烯(PP)和環(huán)氧樹脂(Epoxy)等。根據(jù)石墨烯-聚合物納米材料制備方法的不同可分為：原位聚合法、溶液共混法和熔融共混法。

1、原位聚合法

原位聚合法制備石墨烯-聚合物納米復合材料的優(yōu)點是石墨烯在聚合物網(wǎng)絡中分散均勻，利于材料性能的穩(wěn)定。該法制得的石墨烯-聚合物納米復合材料中，聚合物一般生長在石墨烯片層表面，與石墨烯形成層狀結構。在氧化石墨烯的水溶液中加入苯胺，之后用過硫酸銨引發(fā)原位聚合得到還原氧化石墨烯一聚苯胺薄層。

結果顯示聚苯胺薄層覆蓋在還原氧化石墨烯片上，許多直徑為10～30nm的聚苯胺納米粒子緊密地嵌入在薄層中。將氧化石墨烯與NH4HCO3反應得到氮摻雜石墨烯，加入苯胺，之后用過硫酸銨引發(fā)聚苯胺在氮摻雜石墨烯表面原位生長，制得氮摻雜石墨烯聚@聚苯胺納米線(NG@PANI)。以十二烷基磺酸鈉為乳化劑，過硫酸鉀為引發(fā)劑，用原位乳液聚合法制備了氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料，然后用水合肼還原氧化石墨烯制備了石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料。此外，將原位聚合法與石墨片層剝離過程相結合，在單體聚合的同時剝離石墨，實現(xiàn)復合材料的制備是近年來出現(xiàn)的一種新方法。如先將苯胺和膨脹石墨(EG)加入鹽酸溶液中，酸性條件下形成的苯胺正離子充分分散于膨脹石墨片層中，再經(jīng)過硫酸銨引發(fā)苯胺原位聚合，導致石墨分離成石墨烯片，從而得到石墨烯/聚苯胺混合物。該方法簡單有效，可以避免制備石墨烯時對實驗設備與操作的限制，同時還能避免對環(huán)境有害的強氧化劑和強酸的使用，是該類復合材料制備的一個新發(fā)展方向。

2、溶液共混法

溶液共混法是制備聚合物為基礎的復合材料最常見的技術手段。該法簡單易行，但是溶液共混過程中殘余溶劑會使復合材料的玻璃化轉變溫度降低，力學性能受損。采用直流電弧放電法制備高結晶性石墨烯，與聚苯胺充分分散于無水乙醇中，蒸發(fā)多余乙醇后得到石墨烯/聚苯胺復合物粉末。

實驗表明片狀的石墨烯與聚苯胺較好地結合，均勻地分布在聚苯胺中。采用L-抗壞血酸作還原劑制得化學還原石墨烯(CR-G)，其與聚環(huán)氧乙烷(PEO)充分分散于水中，之后蒸干溶液制得化學還原石墨烯/PEO復合材料。使用異氰酸苯酯對氧化石墨烯進行有機功能化，之后將其與聚苯乙烯充分分散于二甲基甲酰胺(DMF)中，使用二甲肼還原氧化石墨烯，再經(jīng)過濾洗滌干燥除去溶劑后，得到低摻雜量、高導電性的石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料。

3、熔融共混法

采用熔融共混法制備石墨烯-聚合物納米復合材料的優(yōu)點是方法簡單易行、適于大規(guī)模生產(chǎn)，并且在制備過程中可以避免溶劑等的污染。該法的缺點是石墨烯分散性比較差，易發(fā)生團聚。利用機械攪拌將膨脹石墨與聚交酯進行初步混合，然后再在雙螺桿擠壓機中進行熔融共混得到石墨烯/聚交酯納米復合材料。利用熔融共混法制備(功能化)石墨烯片強化的聚碳酸酯復合材料。此外，采用溶液共混法使石墨烯與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)進行初步混合，再用Brabender混合機對二者進行熔融共混，之后經(jīng)二氧化碳(CO2)發(fā)泡，制備石墨烯/PMMA復合泡沫。

二、石墨烯基復合材料吸波性能比較

由于吸波基材種類、數(shù)量、材料厚度、制備方法、石墨烯含量等各個因素對復合材料吸波性能均有影響，很難用一個指標對各類材料吸波性能的優(yōu)劣進行準確的比較和評價。

1、石墨烯含量對復合材料吸波性能的影響

石墨烯含量對不同種類復合材料的吸波性能會產(chǎn)生不同的影響。以DMF肼還原氧化石墨制備的石墨烯一鋇鐵氧體(BaFe12O19)復合材料為例，隨著石墨烯含量的不斷增加，復合材料的反射損耗吸收峰向低頻移動，反射損耗峰值降低，帶寬減小。而對于石墨烯/聚環(huán)氧乙烷(PEO)二元復合材料，當石墨烯/PEO為1/100(質量比)時，最小反射損耗達到-20.1dB，而當石墨烯/PEO為0.5/100(質量比)和3/100(質量比)時，最小反射損耗僅為-16.1dB和-13.1dB，最小反射損耗隨石墨烯含量的增加，呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。對于石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PM-MA)泡沫，僅從石墨烯含量對其屏蔽效能的影響來分析，隨著石墨烯含量的增加，石墨烯/PMMA復合材料的屏蔽效能增大。當石墨烯體積含量為1.8%時，在8-12GHz波段范圍內，屏蔽效能為13-19dB。

圖表：不同石墨烯含量的石墨烯-BaFe12O19復合材料的吸波性能

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院(RL為最小反射損耗;fm為最小反射損耗對應的頻率)

2、材料厚度對復合材料吸波性能的影響

石墨烯基復合吸波材料厚度不同，吸波性能也有差異。隨著復合材料厚度的增加，最小反射損耗峰向低頻方向移動，帶寬減小。以水熱復合法制備的石墨烯-鋇鐵氧體(BaFe12O19)復合材料為例，當石墨烯含量為10%(質量分數(shù))時，2-18GHz范圍內不同厚度下石墨烯-BaFe12O19復合材料的吸波性能如下表所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著復合樣品厚度的增加，反射損耗的吸收峰向低頻移動。同時，反射損耗小于-10dB的帶寬也隨之減小。

圖表：不同厚度下石墨烯-BaFe12O19復合材料的吸波性能

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院(d為材料厚度;RL為最小反射損耗;fm為最小反射損耗對應的頻率)

3、基材種類對復合材料吸波性能的影響

大部分石墨烯-聚合物納米復合材料的最小反射損耗達不到-40dB，在單一厚度下反射損耗小于-10dB的帶寬一般小于4.5GHz。而多數(shù)石墨烯-金屬納米復合材料的反射損耗均低于-40dB，具有較好的吸波性能。在單一厚度下反射損耗小于-10dB的帶寬一般大于4.5GHz。顯然，石墨烯-金屬氧化物復合材料在最小反射損耗和吸收帶寬上均優(yōu)于石墨烯-聚合物復合材料。

三、石墨烯基復合吸波材料發(fā)展方向

石墨烯因其獨特的物理結構和優(yōu)異的力學、電學性能，在吸波材料領域得到更加廣泛的應用。目前，基于石墨烯的吸波材料在制備方法上，二元復合材料趨向于采用一步法，三元復合材料趨向于采用兩步法;在結構上，趨向于制成片(層)狀結構;在復合基材方面，趨向于選用多元的不同吸波機理的吸波基材。另外，從性能上看，三元復合材料優(yōu)于二元復合材料，是提高石墨烯基復合材料吸波性能的一個重要方向。但三元復合材料在制備時存在基材難以分散均勻、界面相容性差等問題，目前亟待解決。作為新型吸波基材的石墨烯會成為未來應用研究的重點，推動軍事隱形材料的發(fā)展，同時也會在電磁輻射防護等民用方面發(fā)揮更大作用。

隨著隱身材料行業(yè)競爭的不斷加劇，大型企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內外優(yōu)秀的隱身材料企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的分析研究，特別是對當前市場環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，最大限度地降低客戶投資風險與經(jīng)營成本，把握投資機遇，提高企業(yè)競爭力。未來隱身材料行業(yè)將如何發(fā)展?請關注中研普華研究院報告《2020-2025年隱身材料行業(yè)市場深度分析及發(fā)展策略研究報告》

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