高温红外低发射率涂层研究现状

随着红外探测技术的飞速发展,武器装备被发现即被摧毁已成事实,因此通过提升武器装备的红外隐身性能来提高其生存与突防能力具有重要意义。红外低发射率涂层技术利用表面涂层技术在目标表面涂覆低发射率涂层,从而降低目标表面发射率,是提高其红外隐身性能的一种简单、有效的方法。飞行器速度的不断提升要求红外低发射率涂层在高温环境中仍具有优异的低发射率特性与高温稳定性,本文重点介绍了高温红外低发射率涂层研究现状,分析了现有涂层技术的特点及其高温应用前景。     

超疏水低发射率PDMS改性环氧树脂/Al复合涂层的制备及性能表征

以片状Al粉为功能颜料，纳米SiO₂为微纳结构改性剂，聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为黏合剂，采用简单的玻璃棒刮涂法制备了一种同时具有超疏水和低红外发射率性能的复合涂层。探讨了PDMS和HYSZ质量比、总填料添加量及片状Al粉和纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响规律。结果表明：PDMS和HYSZ质量比对涂层附着力和疏水性能具有重要影响，当质量比为1∶9时，涂层具备良好的疏水性能，其附着力可达1级。总填料添加量对涂层性能影响明显，随着总填料添加量的增加，涂层发射率和光泽度可明显降低。当总填料添加量为50%时，涂层表面可产生明显的乳突状微纳粗糙结构，从而可明显提升涂层的疏水性能。片状Al粉和纳米SiO₂质量比会明显影响涂层的发射率和疏水性能，当质量比为5∶5时，涂层可具备良好的综合性能。此时涂层发射率可低至0.652,光泽度和附着力分别为2.7和1级，水接触角和滚动角分别为152°和8°。通过适当降低涂层表面能及在涂层表面构筑微纳粗糙结构可实现涂层超疏水、低发射率和高附着力的兼容。     

ZAO包覆SmBO_3纳米复合粒子的制备

为了获得具有良好红外低发射和激光低反射率复合材料,通过将ZAO复合于SmBO3表面的方法,获得了1.06μm激光低反射率和8-14μm红外低发射率的ZAO/SmBO3纳米复合粒子。通过对ZAO、ZAO/SmBO3前驱体的热分析,确定了对复合物的热处理温度。借助TG、XRD和SEM等手段对SmBO3、ZAO/SmBO3进行了表征,采用UV-3101PC、红外发射率测量仪研究了SmBO3含量、颗粒粒径等因素对复合材料光学性能的影响。研究结果表明:当SmBO3粒径为97nm时,添加SmBO3的物质的量和ZnO的物质的量的比值为0.5时,所制备的ZAO/SmBO3复合材料具有最好的激光和红外隐身效果,这时的激光反射率为0.33%,红外发射率为0.68。     

La掺杂纳米ZnO/硅藻土复合材料的制备及其对甲醛气体的降解性能

用两相界面法合成一系列不同含量的稀土La掺杂的ZnO纳米粒子,然后用三氯乙酸对ZnO纳米粒子进行表面活化并与酸处理后的硅藻土混合,用溶胶凝胶技术制备了改性ZnO/硅藻土复合材料。使用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)等手段对所制备的材料进行表征,研究了改性纳米ZnO/硅藻土复合材料对甲醛的降解性能。结果表明:与纯ZnO材料相比,La掺杂使ZnO复合纳米材料在可见光区域降解甲醛的性能大幅度提高。     

低红外发射率涂层力学寿命预测

采用环氧聚氨酯(EPU)和铝(Al)分别作为粘合剂和填料制备低红外发射率涂层.EPU/Al复合涂层的力学性能通过耐冲击强度实验进行了测试.我们发现,力学性能随着加热温度的升高和时间的延长而下降,涂层的最高耐受温度为573K.此外,采用Arrhenius关系计算了低红外发射率EPU/Al复合涂层在不同马赫数下冲击强度下降至某一水平的力学寿命.与观测数据相比,计算结果验证了模型预测的有效性.目前的工作表明,低红外发射率EPU/Al复合涂层表现出良好的力学寿命,Arrhenius关系是有效的并在工程应用方面表现出潜力.     

以复合材料为基底的ITO薄膜红外隐身特性研究

利用直流磁控溅射法在树脂基复合材料基底上制备了ITO低红外发射率薄膜。选择了低发射率树脂作为基底复合材料的基体树脂。通过对材料表面进行表征、测试材料表面电阻率及红外发射率,研究了材料的红外隐身性能。结果表明,材料的红外发射率随ITO膜表面电阻率的增加先增加,后趋于一定值。     

红外隐身材料及与雷达隐身材料兼容的理论与实现

本文从粒子与红外辐射相互作用的微观物理机制和辐射传输方程出发，对红外隐身涂层的的发射率原理进行了探讨；分析了金属、半导体以及极性材料作为低发射率颜料粒子的特性；指出了与雷达隐身材料兼容的低发射率红外隐身材料的发展方向，以及实现红外隐身与雷达隐身兼容的技术途径和方法。     

铁基合金粉包覆改性及在雷达/红外兼容隐身中的应用

用KH550硅烷偶联剂对铁基合金粉包覆改性,并以其为颜填料制备了雷达/红外兼容隐身单涂层,系统研究了包覆改性对涂层低红外发射率以及雷达吸波性能的影响。研究结果表明,偶联剂以化学键的形式吸附在铁基合金粉表面形成有机薄膜。2%偶联剂包覆对涂层的红外发射率影响较小,但显著降低铁基合金粉的介电常数,提高阻抗匹配度。涂层厚度为2mm时,-10dB的吸收带宽从包覆前1.5GHz增加至2.2GHz,吸收峰强度也有明显增加。     

聚氨酯/复合金属颜料涂层的制备及红外发射率

以铝(Al)粉及青铜(Bronze)粉为复合颜料,聚氨酯(PU)为粘合剂,制备PU/AlBronze复合涂层,研究了涂层的微结构和红外发射率。结果表明:PU/AlBronze复合涂层具有类似一维光子结构特征,其发射率可低至0.186,且明显低于以单一金属颜料所制备的FU/Al及PU/Bronze涂层的发射率。其原因,一是复合涂层中由一维光子结构引起的反射光谱具有明显的多重反射峰;二是相比以高密度金属颜料制备的PU/Bronze涂层,PU/AlBronze涂层的表层树脂层的厚度明显降低,从而使其对涂层发射率的增量明显降低。     

新型红外隐身涂料热辐射性能研究

采用金属化空心陶瓷粉为主填料制备红外隐身涂料.所制备涂层在8～14μm波段的红外发射率最低可达到0.63;在加热升温、红外光照及太阳光照等条件下的涂层热辐射能及表面温度测试结果表明,涂层具有良好低热辐射性能和一定隔热性能.实验结果为红外隐身涂料实用化研究提供了重要参考.     

多波段伪装隐身涂层织物的制备研究与应用

采用着色颜料、红外低发射率填料、水性聚氨酯树脂等制备水性多波段伪装涂料,采用刮涂工艺,制备可见光/近红外/热红外多波段伪装涂层织物。通过双波段发射率测量仪、光谱反射率测试仪、光泽度仪等测试手段对涂层的红外发射率、光谱反射率、镜面光泽度等性能进行了表征,此外还对涂层的理化及环境性能进行了测试。结果表明:涂层的颜色满足《GJB 1082—1991伪装网用颜色》的要求,近红外光谱反射特性在380~1100nm范围内与应用背景基本实现了"同色同谱",不同颜色斑块的发射率梯度在0.13以上,在红外成像下能够形成有效的梯度分割,与应用背景具有较好的融合效果,具有可见光/近红外/热红外隐身性能,各项指标均达到了实用要求。     

Al-Sm2O3/聚氨酯复合涂层的近红外低反射与8~14 μm低发射率性能

以Al粉与Sm₂O₃为复合颜料,聚氨酯（PU）为黏合剂,制备了Al-Sm₂O₃/PU复合涂层。系统研究了涂层的微结构、红外发射率、近红外反射性能及力学性能。研究结果表明：Sm₂O₃的存在可有效降低涂层对1.06 μm近红外光的反射率,Al粉的存在可有效降低涂层在8~14 μm波段的红外发射率。通过调节Al粉与Sm₂O₃质量比,涂层在8~14 μm波段的红外发射率可在0.556~0.834范围内调节,涂层对1.06 μm近红外光的反射率可在35.1%~57.7%范围内调节。所制备Al-Sm₂O₃/PU涂层具备优良的力学性能,在不同Al-Sm₂O₃质量比下,其附着力与耐冲击强度分别可达到1级和50 kg·cm。Al-Sm₂O₃/PU复合涂层有望成为一种新型的具备低近红外光反射率与优良力学性能的低红外发射率涂层材料。     

片状ZnO/ZIF-8异质结的正丁醇气敏性能增强研究

本文利用水热法，以2-甲基咪唑和氧化锌(ZnO)纳米片为原料原位合成了片状ZnO/ZIF-8异质结复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征，并通过气敏性能测试仪系统研究了样品的气敏性能，进一步探讨了ZnO/ZIF-8气敏性能增强的可能机理。气敏性能分析结果表明：与纯相ZnO(其最佳工作温度为180℃)相比，ZnO/ZIF-8的最佳工作温度降低为160℃。在最佳工作温度下，ZnO/ZIF-8对正丁醇表现出了优异的选择性，对200 ppm正丁醇的响应达到了76.778。在5～200 ppm正丁醇浓度范围内，ZnO/ZIF-8的灵敏度与浓度的相关性近似呈线性，重复性及稳定性良好，适合检测低浓度的正丁醇气体。     

纳米纤维素/聚酰亚胺气凝胶制备与性能研究

纳米纤维素气凝胶由于其良好的生物相容性、可再生性、可降解性以及较高的孔隙率等优异性能,在建筑隔热领域有着十分广阔的应用前景。为了更好地提升纳米纤维素气凝胶的保温隔热性能和力学性能,引入聚酰亚胺,制备了一种具有规则孔隙结构的复合纳米纤维素气凝胶。通过SEM、导热系数测试仪、红外成像仪等测试方法对其结构和性能进行表征。结果表明,当CNF∶PI的质量比为1∶1时,复合气凝胶的结构规则,孔径较小,在15～18μm左右,密度低至0.0413 g/cm³,压缩强度可达0.33 MPa,导热系数低至0.03159 W/(m·K),具有最优异的综合性能。     

镍-铬复合溶胶的制备及其在高发射率涂层中的应用

首先合成了镍-铬复合溶胶,然后向其中掺杂纳米SiC粉末得到喷涂用涂料,进而在镍基高温合金上制备了NiO-Cr2O3-SiC红外高发射率复合陶瓷涂层.结果表明,该涂层有很高的发射率,与基材结合良好,抗热震性能明显优于Al2O3-SiC陶瓷涂层.     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

固化温度对有机硅基低发射率涂层耐腐蚀性能的影响

将环氧改性有机硅(EA)与Al粉按质量比(3:2)形成EA/40%Al低红外发射率复合涂层,研究了固化温度对EA/40%Al复合涂层耐腐蚀性能的影响及其机理。利用扫描电镜观察涂层的形貌,并通过动电位极化技术及耐腐蚀实验对涂层的耐腐蚀性能进行了表征。结果表明,在保证低发射率前提下,固化温度为200℃时,涂层的耐盐雾、耐人工加速老化和耐湿热腐蚀性能时间均能达到2000 h,基本满足工程应用要求。固化温度为200℃时,涂层的固化度最合适,涂层交联最佳,使得树脂基体与颜填料结合紧密,涂层致密,耐腐蚀性能最佳。     

溶胶-凝胶法制备ZnO:Al(ZAO)薄膜的红外发射率研究

用溶胶-凝胶法在石英玻璃基底上制备了ZnO:Al(ZAO)薄膜,研究了热处理温度和Al掺杂含量对薄膜红外发射率的影响.通过XRD和SEM分析了薄膜的微观结构和表面形貌,用光谱辐射计测量了薄膜在8～14μm波段的光谱发射率.结果表明,制备的ZAO薄膜都具有ZnO六角形纤锌矿结构,没有生成杂质相.热处理温度是影响薄膜在8～14μm波段平均红外发射率(ε)的主要因素.随热处理温度的升高和Al掺杂含量的增加,薄膜的ε值有降低的趋势.     

Al2O3-SiO2气凝胶的制备及性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)和仲丁醇铝(ASB)为硅源和铝源,采用溶胶-凝胶和超临界干燥工艺制备出了高比表面积的Al2O3-SiO2块状气凝胶,研究了不同溶胶配比及热处理温度对气凝胶结构的影响,利用红外光谱、氮气吸附、X射线衍射和扫描电子显微镜等手段对气凝胶的性能和鲒构进行了分析.结果表明,随Al/Si摩尔比增大,Al2O3-SiO2气凝胶凝胶时间逐渐缩短,比表面积(1000℃)先增后减,当Al/Si摩尔比为4∶1时,比表面积最高,为444.5m2/g;1200℃,Al/Si为8∶1时比表面积最高,为115m2/g,具有较好的高温热稳定性.红外分析表明Al2O3-SiO2气凝胶存在Al-O-Si键;在1000℃热处理后,Al2O3-SiO2气凝胶中Si含量减少到一定程度才会出现γ-Al2O3.通过SEM观察表明Al2O3-SiO2气凝胶粒子较Al2O3气凝胶小.     

核-壳结构粒子SiO_2@Bi_2O_3的制备及红外发射率研究

为了研究制备复合隐身粒子的方法,采用溶胶-凝胶法制备了核-壳结构SiO2@Bi2O3粒子.通过XRD、TEM及发射率测试仪对制备的材料的结构、形貌和性能进行了表征.XRD表明在700℃可以得到Bi2O3纯相;红外发射率测试表明,Bi2O3具有较低的红外发射率,在SiO2表面包覆Bi2O3后,在3～5μm和8～14μm两个测试波段都能降低SiO2的红外发射率.通过核-壳结构的形式,在较高发射率的样品表面涂覆红外发射率较低的样品,可以提高红外隐身效果.