热红外伪装工夫的研讨近水平遮障伪装况与进步
新颖斗争中，跟着红外探测工夫的一直发扬，水平遮障伪装使军械设备的热红外伪装变得越来越疾苦，其保存和平安受到告急威吓，所以钻探热红外伪装工夫受到了全邦各邦军事科学家的高度珍惜。热红外伪装工夫是一种交叉学科工夫，通过质料科学、颜色学、光学等各类学科的归纳使用，调控方向的热红外辐射特点，使方向与后台的热红外辐射特点相统一，减小其被红外探测兴办展现的概率，或者缩短考察隔断来降低方向的疆场保存才华。本文针对军械设备的热红外伪装需求，先容热红外伪装工夫道理，中心论述热红外伪装工夫几种告竣式样的钻探近况和进步。
依据斯蒂芬-玻尔兹曼定律和实践物体的发射率界说可知，对待发射率为ε的实践物体，其正在单元外面积上向半球空间辐射出的总辐射力为：
依据公式（1）可知，物体对外辐射的才华不光与物体的温度相闭，还与物体的发射率相闭。因为日常军事方向的辐射都强于后台，为了低重方向与后台的辐射比照度，抵达伪装功效，须要减小方向外面的温度和发射率。可是温度和发射率正在分别的要求下对辐射力的影响是分别的：高温环境下，温度是要紧影响成分；低温环境下，发射率是要紧影响成分。
涂料工夫行动一种常睹的质料工夫，正在诸众方面上风昭着，所以受到各邦的高度珍惜，是热红外伪装工夫钻探的中心周围。为了低重方向的红外辐射能量，热红外伪装涂料日常是选用低发射率的涂料，要紧由低发射率的颜料（或填料）、粘合剂以及其他功效性助剂构成。同时对热红外伪装涂料又有低太阳接收率和隔热才华的请求，云云是为了避免方向外面因接收太阳辐射的热量而升温，并预防方向内部有过众的热量辐射出去。
目前各邦的伪装涂料钻探宗旨齐集正在功效颜料和粘合剂上面。功效颜料是伪装涂料的厉重构成部门，其要紧特点是具有低发射率。伪装涂料中的功效颜料要紧分为有机和无机两大类。有机颜料，如酞青蓝等，由于丰富的官能连合构，日常正在6~11um的波段周围内有昭着的接收峰，同时耐老化机能差，因而很少行使。无机颜料因具有遮挡力好、耐光性好、不易了解和耐高温等诸众便宜，正在伪装涂料中使用较众。无机颜料日常囊括：金属颜料、半导体颜料、着色颜料等。
有钻探讲明，不透后体的反射率越高，其发射率越低。金属颜料具有精良的红外反射机能，所以，金属颜料是伪装涂料中最常用的颜料品种。目前Cu、Al、Ag、Au、Zn等金属颜料常用正在红外伪装涂料中。影响金属颜料发射率的要紧成分有粒子的含量、状态、尺寸巨细等。沐磊等总结了金属颜料的粒子状态、尺寸和含量对红外波段发射率的影响。以为金属颜料粒子应优选鳞片状样子，况且具有必然的含量周围，赶过含量后，不光对发射率的调理用意不大，反而会导致涂料无法成型。徐邦跃等为了钻探铜粉尺寸、样子、漂浮性、用量等对涂层红外发射率的影响，制备了一系列的低红外发射率涂料。经历大方的钻探展现，铜粉含量对涂层的发射率有较大影响：铜粉含量从10%增添到50%时，涂层发射率从大于0.8低重到小于0.2。铜粉的漂浮性和用量对涂层的红外发射率影响最大，由于漂浮性和用量或许减小涂层外面的清闲率，使涂层的有用反射层省略，从而有利于红外发射率的低重，其最低发射率可达0.1。
除古板的金属颜料以外，钻探职员也正在开荒新型低发射率颜料，如半导体颜料。能够通过掺杂来独揽半导体颜料的载流子密度、转移率以及碰撞频率等，从而调控其红外发射率，同时半导体颜料具有杰出的众波段兼容伪装机能，是一种有很好发扬前景的颜料。美军正在20世纪90年代初起先钻探发温致变发射率半导体颜料，其钻探成就一连披露后，西方各邦也起先珍惜半导体颜料的钻探。德邦某公司的专利中制备出了一种半导体质料：具有较低的红外发射率；同时能正在分别的波段实行抉择性接收，能使用于众光谱伪装。
邦内正在半导体颜料钻探起步较晚但发扬较为急忙。刁训刚等人采用磁控溅射法的制备了ITO、ZAO、TiO₂/Ag/TiO₂纳米众层膜等3种低发射率的纳米氧化物半导体质料，钻探结果讲明ITO颜料的发射率可调周围为0.1~0.9，TiO₂/Ag/TiO₂纳米众层膜的最低发射率可达0.05。王自荣等将分别掺杂水平的ITO粉末判袂与环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂等分别粘合剂搀和后制成了ITO涂料，钻探了掺杂浓度以及ITO固化量对涂层发射率的影响：当SnO₂掺杂比例为5%、ITO固含量为25%时，涂层发射率最低可达0.63。
粘合剂的用意有两个：其一是涂料的要紧成膜物质；其二是调理涂层的发射率。低发射率涂层的粘合剂日常具有如下两个根本请求：一是所用粘合剂必需正在选定的光谱周围内红外透后，日常请求正在大气窗口透后；二是具有必然的呆板强度，连结涂层正在悉数行使经过中的红外性子。大大批有机粘合剂正在热红外区因为其官能团的振动，以致其正在相应的波段有猛烈的接收。因而正在涂料配方计划中，尽量避免用含此类官能团的树脂质料行动粘合剂，以省略红外接收。
邦内对热红外透后粘合剂钻探较晚，正在外面寻找方面有必然的进步，但缺乏编制性的钻探，正在实践使用还不行熟。目前钻探较众的热红外透后粘合剂囊括：环化橡胶、丙烯聚氨酯、氯化聚苯乙烯、氯丁橡胶、乙丙橡胶等。张梅等人对三元乙丙橡胶实行环化和乳化改性，获得了透气好、附效力强的粘合剂，且乳化改性后的三元乙丙橡胶正在远红外波段的发射率为0.58，能够用作热红外伪装涂料的粘合剂。王庭慰等人用三元乙丙橡胶与丙烯酸接枝获得的共聚物正在8~14um的波段内没有强接收峰，红外透后性杰出，耐抨击性和耐酸碱盐机能精良。翁小龙等人测试了分别树脂及厚度的红外发射率，展现氯化橡胶和环化橡胶的热红外发射率判袂为0.33~0.66、0.37~0.49，是一种精良的红外透后粘合剂。他们判袂用氯化橡胶和环化橡胶行动反射层和面漆的粘合剂，选工具有红外高反射低接收功效的颜料，获得的涂层的最低发射率为0.55。
目前外洋要紧朝两个方面钻探低发射率粘合剂：一是红外透后粘合剂；二是抉择性接收粘合剂，即正在大气窗口是透后的，而正在非大气窗口有较强的接收。知足此功效的粘合剂有聚乙烯、异丁烯橡胶、白腊化合物、氯化聚丙烯等。
热红外伪装网要紧通过具有分别发射率的伪装布造成热迷彩图案，模仿后台的热红外特点，抵达伪装常温形态的热方向的宗旨。美邦Brunswick Defence公司研制的“热红外伪装篷布”，其要紧由金属箔硬底和外面热红外织物构成，把它与方向离隔必然隔断，就能有用衰减和扩散方向的热红外辐射，具有精良的热红外伪装机能。其与轻型反雷达网配合行使，成为了第一代宽频伪装遮障。德邦的OGUS公司研制获胜的“热红外伪装网”，该伪装网能够依据方向温度凹凸、有源或无源与“绝热帆布”配合行使，使方向的热图像更好地与境况统一正在一块。瑞典于1986年研制获胜的“巴拉库达热伪装遮障”，该遮障由热伪装网和含有金属薄膜的隔热层构成，且开有一种用来障蔽热辐射的眼睑式冲孔，能够造成一个温度平均低温外面。热伪装网上涂有分别发射率的会集物涂层，结果可使常温方向的热特点与自然境况相统一。
我邦从20世纪60年代从此，正在伪装网周围获得了不少成就，水平遮障伪装判袂研制获胜了65伪装网、81伪装网、95伪装网，个中95伪装网或许诬蔑方向的热图像从而障蔽方向。近年来，我邦伪装网工夫起先朝着轻型化、复合化的宗旨发扬，目前还未抵达全邦顶级水准。
热红外伪装涂料工夫和热红外伪装网工夫是目前常用的两种静态热红外伪装工夫，一朝被敌考核编制识破，则伪装方向自身就成为切确制导军械的攻击方向；同时作战后台一直变革的跨区域作战中，均外示出适当性差的污点。所以，要紧须要战胜现有伪装的亏损，发扬伪装态能随后台变换而自愿变换以便与后台特点相适当的新型自适当伪装防护工夫。
如图1所示，自适当红外伪装工夫，则是归纳行使质料、传感、独揽等工夫技巧，使得被侦测的方向十分是动态方向的红外特点适当境况的变革来及时、主动的产生相应调剂，最终告竣方向和后台的红外辐射特点永远连结一样或者逼近，而不被察觉出来，使得它们之间红外辐射特点的不同低重至最小以至肃清，从而使方向得以伪装保护。
美邦等西方军事强邦很早就起先看重基于变温和变发射率道理的红外自适当伪装编制的钻探，且其钻探水准一经逼近实践使用。早正在20世纪90年代，美军提出了动态红外伪装的观点，将“地面勇士”单兵编制与“第二代士兵编制”归纳，归纳后的编制能随境况红外辐射变革而随时自愿变革。
如图2所示，以色列的埃尔蒂克斯公司研发了“黑狐”主动式热信号特点伪装编制，该编制目前一经根本成熟。该编制通过红外热像仪获取境况后台的红外辐射特点，并行使编制解决器对境况辐射特点实行解决，然后通过独揽器对伪装面板实行调控，模仿出境况的噪声错乱和特种纹理景况，将车辆有用统一到后台境况中，从而确保车辆不被红外编制探测到，其伪装功效如图3所示。
BAE编制公司早正在2011年的邦度防务展上就初度展出了一种名为“ADAPTIV”的自适当热伪装编制。如图4所示，水平遮障伪装该编制正在布局上由大方六边形陶瓷块构成，与车载阴谋机贯穿后或许回收热传感器正在其后台境况中探测到的数据，从而使陶瓷块的温度得以调理，以便使车辆的热信号与后台境况很好的统一。此红外伪装编制或许正在500m外使时速为30km/h的车辆获取很好的红外伪装功效。
Chandrasekhar等人用含硫酸基团的亲水会集物掺杂PANI/PDPA导电高分子行动变色层、金薄膜作反射电极物电解质，以聚乙烯醇和聚乙二醇为水性固态会集物电解质，制备出了图5所示的两电极柔性电致变红外发射率器件。该器件正在2.5~45um波段内的发射率调理周围抵达了0.47（0.32 ~ 0.79），器件的响当令间小于2s，轮回次数大于10⁵，而且能正在-35℃~85℃的境况下安谧劳动。正在红外自适当伪装周围有很好的使用前景。Chandrasekhar正在其后续的改善型器件中，采用离子液体行动电解质，器件的发射率调理周围抵达了0.514（0.257 ~ 0.771），而且能逼近无穷次的安谧轮回。Ashwin Ushas公司以及Nebraska Lincoln大学用磁控溅射的步骤，以三氧化钨为变发射率层，以金属薄膜或金属网格行动透后导电电极，以LiTaO₃、LiNbO₃、Ta₂O₅等无机薄膜行动固态电解质层，以NiO、IrO₂、LiCoO₂等行动离子存储层制备出的全固态电致变发射率器件的红外发射率调理幅度大于0.5，变色次数大于10⁴。如图6所示，美邦Eclipse Energy Systems公司坐褥的Eclipse VEDTM是一个基于WO₃的全固态无机电致变色器件，具有优异的电致变发射率性子，其最大发射率变革量可达0.9，且具有能耗低、重量轻、安谧性好等特征，能够用于军用红外伪装编制中。
图5 两电极柔性电致变红外发射率器件布局示企图、实物图以及光谱发射率变革弧线 相变质料工夫
相变质料是指以潜热大局贮存和开释能量的质料，具有相宜的相变温度和较大相变潜热，其正在物相变革经过中或许接收和开释大方的潜热而连结本身温度褂讪。因具有此特有的控温才华，可通过调控方向的温度来独揽方向外面的热辐射强度。美邦道达尔化学公司正在目前已知的2万余种相变质料中筛选出来约200种具有实践使用前景的相变质料。依据相变大局，常睹的相变经过有固-固、固-液、液-汽3种相变类型，最常用的是固-液相变质料。邦外里基于相变质料的热红外伪装工夫使用尚不行熟。可是跟着高机能相变质料的一直呈现，相变质料正在伪装周围（如伪装纺织品、热红外假方向等）的钻探和使用会日益增加。
图6 基于WO₃的全固态无机电致变色器件：（a）器件实物图和红外热图；（b）器件正在高发射和低发射形态下的发射率弧线
目前邦外里对红皮毛变伪装质料的钻探要紧齐集正在热红外伪装纺织品上，如伪装服和伪装网。李发学等人制备并优化了三羟基乙烷/新戊二醇系统，采用真空步骤填充涤纶中空纤维，分解优化了填充要求，将填充后的纤维织成织物，引入探测概率对伪装功效实行评估，并操纵红外热像仪拍下分别工夫方向的热图行动比照，织物对方向的伪装工夫赓续约100 min，伪装功效昭着。
伪装的其它一种厉重的技巧是示假，操纵热红外假方向愚弄和诱惑仇人。目下热红外示假要紧是模仿方向热红外机能变革经过，相变质料或许很好地模仿这个变革经过，正在热红外示假方向周围有较好的使用前景。白腊相变微胶囊具有精良的耐热性、耐候性和热轮回机能，具有较大的相变潜热。孙浩等人用白腊和脲醛树脂制备出粒径为1~200um的轻微胶囊，把40g的微胶囊平均平铺于20 cm × 15 cm的木板上，正在境况温度为32℃的要求下用红外热像仪查看微胶囊的热红外特点随工夫的变革，微胶囊温度从60℃消重到50℃所用工夫为10min；从50℃消重至40℃所用工夫为6min。从以上结果能够看出，要念获得好的热红外示假功效，必需对白腊实行改性，降低白腊的相变潜热、调控相变点。
经历人们大方的钻探后展现，目前相变质料使用于热红外伪装还存正在伪装赓续工夫亏损、相变温度可抉择周围小、与方向的联合较为疾苦、伪装功效的持久安谧性等亏损。跟着相变质料工夫的成熟以及智能相变质料伪装工夫钻探的一直深化，以上题目最终会获得处理，相变质料也将正在热红外伪装周围获得普通使用。
二氧化钒（VO₂）是一种类型的热致变色质料，正在临界温度（约68℃）时产生由低温单斜布局VO₂（M）向高温四方布局VO₂（R）的可逆改观，同时伴跟着光、电、磁等物理机能的突变。如图7所示，VO₂正在68℃时产生由低温绝缘态向高温金属态神速可逆的一级布局改观，当T＞T
时VO₂为四方布局，记为VO₂（R），空间群P42/mnm，晶胞参数aT= bT= 455 pm，cT= 286 pm；当T＜Tc时为单斜布局，记为VO₂（M），空间群P21/c，晶胞参数aM= 575 pm，bM= 452 pm，cM= 538 pm，β = 122.6°。恰是因为这种布局上的改换，VO₂能够正在高发射的绝缘态与低发射的金属态之间实行可逆改观，从而主动调控其红外发射率，告竣本身红外发射的主动独揽，能普通使用于自适当红外伪装工夫中。
本课题组刘东青等通过溶胶-凝胶法和热解决工艺先正在石英基底上先后制备出了Mo掺杂的VO₂薄膜和W掺杂的VO₂薄膜，判袂钻探了Mo、W掺杂对VO₂薄膜布局的影响，掺杂量对VO₂薄膜电阻和红外发射率随温度变革秩序的影响。结果讲明Mo、W掺杂都能昭着低重VO₂薄膜的相变温度：掺Mo量为5%时，相变温度可降至45℃阁下；掺W量为4%时，相变温度可降至30℃阁下。而且拍摄了掺杂薄膜正在7.5~14 um波段分别温度下的红外热像图，如图8所示。
图8 分别温度下掺Mo的VO₂薄膜红外热成像图：（a）33.00℃；（b）49.20℃；分别温度下掺W的VO₂薄膜红外热成像图：（c）33.46℃；（d）38.79℃
中邦空间工夫钻探院Xiao等人用直流磁控溅射的步骤正在石墨烯/碳纳米管复合薄膜上镀VO₂薄膜，制备出了“三明治”布局的，具备神速相应、低能耗和龟龄命的VO₂/Graphene/CNT（VGC）柔性复合膜，如图9所示。该复合薄膜能够以纺织品、塑料等行动基底，或许知足各类分别准则布局方向的伪装需求。
图9 基于二氧化钒与石墨烯/碳纳米管复合薄膜（VGC）的制备流程及其热变革秩序图
目前，VO₂正在热红外伪装周围的使用钻探还处于低级阶段，要真正抵达适用的宗旨，又有许众题目亟待处理：①寻找大略高效制备高纯单相VO₂（M）的步骤从来是要紧题目；②VO₂的颜色为蓝玄色，正在伪装上很难做到与可睹光兼容，所以若何改换VO₂质料颜色，告竣与可睹光兼容是其大范畴使用的要害题目；③目前对VO₂的根源钻探要紧齐集正在可睹光-近红外波段，正在热红外波段，越发是大气窗口波段的钻探还很少，这也是限制其正在热红外伪装使用的要紧成分。
本文分解了热红外伪装的根本道理、古板的热红外涂料工夫、热红外伪装网和遮帐工夫以及新型的热红外伪装工夫。正在新颖斗争中，跟着红外考察探测、红外制导等工夫的一直先进，“展现即摧毁”已成为不争的真相。云云对方向的红外伪装遭遇了很大离间，古板的热红外伪装工夫一经越来越不适当新颖斗争的需求，对新型的热红外伪装工夫的研发必然是一项厉重课题。
