新型红外线隐身材料，新一代隐身材料前景广阔

新型红外线隐身材料，新一代隐身材料前景广阔这种局限性引发了对具有多频谱伪装能力的先进材料的需求，由于其对不同能量电磁辐射的反应不同，大多数适用于多频谱伪装/隐身用途的新材料属于导电聚合物、液晶、手性材料、三价铁、纳米材料、超材料（人工设计微观结构），以及智能织物等。然而，这些材料最重要的工程问题是难以达到所需要的纯度，因而纳米隐身材料应运而生。表1为用于监视侦察及武器制导的传感器特性。为对抗这些新的传感器及探测技术，人们又开发出伪假漆、油漆添加剂、网状织物以及泡沫材料用于目标的视觉伪装、红外和雷达特征抑制。目前，用于隐身技术的传统材料仅仅在某些波段能降低可探测性。例如，当用红外成像夜视仪观察时，由于目标外表的材料与自然环境下的红外特征不同，非常容易露出原形。隐身材料的问题所在广义上的隐身不仅仅是在微波段有效，而是需要在全部电磁波频谱范围内都有效，包括可见光在内。当然实际研发工作中这样的效果很难实现，其中早期的隐身材料主要是指对可见

目前隐身飞机使用的传统隐身材料只能在某些波段降低可探测性，这种局限性引发了对具有多频谱伪装能力的先进材料的需求。纳米隐身材料、超材料、石墨烯等材料是未来隐身的发展重点。

隐身技术的核心是依靠选择不同电磁特性（折射率、介电常数、磁导率等）的材料，来降低电磁波的振幅或改变其频率响应，从而转移观察者的视线。隐身材料是经过特殊设计的，具有低的、可剪裁的反射率、发射率或吸光率，不仅可以用于结构而且可以用于表面涂层。

可按需求转换手性的新型材料结构可用于操控太赫兹电磁波的偏振。

早期的隐身材料主要是指对可见光迷彩隐身。新一代传感器的出现，催生了先进隐身材料的研究，但这些隐身材料仍存在纯度不够的致命问题，因而纳米隐身材料的研发在近年十分活跃。与此同时，无论是通过计算机生成的伪装幻影，还是通过隐身技术降低雷达反射面都不能最终实现完全的隐身效果，超材料的问世为解决这一问题提供了解决方案，代表着未来隐身材料的发展趋势。

隐身材料的问题所在

广义上的隐身不仅仅是在微波段有效，而是需要在全部电磁波频谱范围内都有效，包括可见光在内。当然实际研发工作中这样的效果很难实现，其中早期的隐身材料主要是指对可见光进行迷彩隐身，随着新一代传感器的出现，如先进的雷达和热成像战术传感器用于目标探测、精确制导以及情报搜集监视等任务，这些先进的传感器能够透过烟雾、在夜间及不利天气条件下捕获目标，使传统意义上的光学隐身失去意义。

隐身斗篷发展路线图。

为对抗这些新的传感器及探测技术，人们又开发出伪假漆、油漆添加剂、网状织物以及泡沫材料用于目标的视觉伪装、红外和雷达特征抑制。目前，用于隐身技术的传统材料仅仅在某些波段能降低可探测性。例如，当用红外成像夜视仪观察时，由于目标外表的材料与自然环境下的红外特征不同，非常容易露出原形。

这种局限性引发了对具有多频谱伪装能力的先进材料的需求，由于其对不同能量电磁辐射的反应不同，大多数适用于多频谱伪装/隐身用途的新材料属于导电聚合物、液晶、手性材料、三价铁、纳米材料、超材料（人工设计微观结构），以及智能织物等。然而，这些材料最重要的工程问题是难以达到所需要的纯度，因而纳米隐身材料应运而生。表1为用于监视侦察及武器制导的传感器特性。

纳米隐身材料应运而生

虽然目前对纳米材料的合成、性能及应用有大量文献可供参考，但与伪装或隐身有关的应用信息却非常少。因此，有必要通过考虑电磁、热和力学性能而对纳米材料用于伪装及隐身的特性进行定义，研发出在可见光、红外、微波频段的反射/吸收/散射特性的轻质、高强结构以及涂层。

超隐形生物技术公司的超材料涂层的光学隐身效果。

可以开展带有防弹功能的片材，具有多频谱伪装特性的轻质高强结构纳米材料，可用于多频谱伪装的、具有染色、质地改变、调谐红外反射率、微波吸收等功能的涂层，以及用于自适应伪装（士兵制服）的智能材料及织物等。其中，最具有典型意义的是隐身涂层和用于自适应伪装的智能材料及织物两类。其中纳米隐身涂层近年发展很快，有标志性意义的主要有以下几项。

仿生变色的“狡诈服装”

美国加州大学欧文分校的科学家已开发出一种新的隐身涂层，该涂层可改变红外辐射的路径。该薄膜的厚度仅为人头发的十万分之一，薄膜将反射体和石墨烯结合在一起，使用化学信号可以实现开关。实验结果表明，当涂层被激活时，可生成橙色表面以混杂在绿色的植物叶子中。

这种新涂层可以大面积敷于物体表面，是开发与环境兼容的“狡诈服装”的第一步。这种涂层的特性包括：通过薄膜可以改变反射光的波长，被激活后可以不同的路径反射红外光；该涂层可通过改变湿度或施加乙酸蒸汽来实现开关，它可导致涂层如凝胶一样膨胀，从而改变光的反射路径；这种涂层可以在夜间（当湿度提高时）处于“打开”状态，或通过释放一种化学信号以实现与背景兼容，类似的方法也可用于改变物体表面的纹理质地；涂层代表着可用于军事隐身用途的仿生伪装技术开发的第一步。

2015年，该校研究人员在透明柔性基体上应用仿生伪装涂层开发出了在近红外波段实现隐身伪装的仿生伪装贴片。新开发的贴片能够在任何表面上应用，通过外部刺激（如拉伸）调节贴片的反射频谱范围，实现反射频谱可见光和近红外之间切换，从而使目标在近红外区域实现隐身。

红外多频谱伪装漆及雷达隐身涂层

在印度，焦特布尔防务实验室（DLJ）利用纳米复合材料、纳米金属以及纳米金属复合物首次制备出系统级水平上的可见光-近红外（VIS-NIR）和热红外区域多频谱伪装漆。由DLJ开发的纳米复合材料无论在可见光还是近红外区均具备优异的调谐反射特性的能力，从而可将其用于军事目标。

由印度国防研究与发展组织（DRDO）开发的微波吸波涂层以及用于航空航天、地面装备及海军武器的功能性纳米材料/纳米复合材料，以实现上述武器装备的隐身、轻量化及高强度等特性。据报道，一系列以单质或复合材料形式存在的磁性及介电纳米金属、金属氧化物、碳纳米材料（碳纳米管、石墨烯等）在降低雷达反射面方面表现出极好的特性。

其他隐身涂层研发工作

以色列Nanoflight公司宣称，他们已开发一种新的纳米涂料，使被覆盖物几乎不会被看到。该公司持续研究这些涂料在红外频段的伪装性能。德国巴斯夫公司以及美国Isotronic公司是少数几家提出用纳米材料制备抗化学战剂以及创新伪装涂层的公司。

来自韩国的研究人员则研发了一种由石墨烯/芳纶/环氧复合材料的雷达吸波结构的制造方式，该复合材料含有9%石墨烯。验证结果显示，该结构在2.5mm厚度时，对12～18GHz频率范围的电磁波反射信号衰减大于10dB。

超材料和石墨烯是未来隐身材料的发展重点

理想的隐身方法是在目标上放置具有真空散射特性的物体（如涂层或覆盖物等），因为真空散射特性的物体能不反射光并且不形成阴影。目前，无论是通过计算机生成的伪装幻影，还是通过隐身技术降低目标的雷达反射截面积都不能最终实现完全的隐身效果。而新型的由人工设计微结构的超材料在控制电磁波及产生新功能特性方面具有优异的适应性，从而使“真空散射特性物体”向现实迈进了一步。

超材料是一种具有自然界不存在特性的人工材料，它使可见光或电磁波在其中的传输方式与传统材料不同，人眼或雷达等设备无法看到反射波。

通过超材料的使用，致使物体周围的光发生弯曲，从而使物体完全不可见。这种材料消除的不仅是视觉、红外以及微波信号，而且可消除目标阴影。加拿大的超隐身生物技术公司已成功验证了这一概念，下一步将开发新型超材料以扩展这一特性，并将电磁频谱的适用范围扩展至微波。

近年来，采用超材料制作隐身斗篷引起人们很大兴趣，美国得克萨斯大学电子及计算机工程系的Andrea Alù小组在该领域表现非常活跃，并取得了两项降低物体散射的成果。一是等离激元斗篷，采用薄的超材料斗篷来压制物体的散射，该小组自2005年起开展此项目研究，并在此后数年与宾州大学的Nader Engheta在理论与实践方面进行了合作；二是覆盖材料隐身斗篷（mantle cloaking）概念，它通过调谐被探测物表面的阻抗实现类似隐身的效果。

用超材料和等离激元斗篷实现隐身

在电磁超材料领域，超材料（metamaterial）和等离激元（plasmonic）是对适应用不同波段超材料的叫法。前者通常指在微波段具有超材料特征的材料，后者是指在红外波段具有超材料特征的材料。过去10年已显现出等离激元材料的许多新应用，包括纳米尺度成像设备、集光器等。据报道，在红外波段，等离激元纳米结构与发光物体之间具有许多相互作用，这种材料可以非常有效地控制红外辐射的发射或反射，并表现出改变红外发射率的极大可能性。等离激元纳米结构的这种特性对于红外隐身具有巨大应用潜力。而在微波段，利用超材料可实现武器装备的雷达隐身，并在多个国家的未来战斗机计划上被列为关键技术。

用表面覆盖材料（mantle cloaking）斗篷实现隐身

用表面覆盖材料（mantle cloaking）斗篷也主要用于微波段，其物理尺寸较薄而小。这是一种较为简单的、基于调谐斗篷表面阻抗以获得隐身效果的方法。

用单层石墨烯制作隐身斗篷

Andrea Alù小组最新的发现表明，具有良好导电特性的石墨烯即使是以单层原子形式也能获得与平面或圆筒形式的石墨烯类似的性能。石墨烯斗篷来源于采用频率选择表面的隐身斗篷概念，适当图案的表面可剪裁出有效的表面阻抗。

由于最近对石墨烯交流导电性的了解，人们已经认识到石墨烯具备超高电子迁移率及优异的可调谐性，当其以单原子层形式存在时，可自然地提供所需的反应特性。石墨烯的有效表面阻抗可以实时调谐，从而有可能制作出具有动态调谐以及可控开关的斗篷。一旦得以确认，该概念将可能导致在太赫兹频段下使用的超薄隐身斗篷出现。

该领域目前的研究兴趣集中在低散射或阻抗匹配的电子元件上，并预测石墨烯层将以远薄于涂层材料的几何形状实现这种效应。该项研究是由美国空军科学办公室、国家科学基金会以及海军实验室资助的。