無源干擾材料在對抗精確制導武器中的應用進展*

李笑楠 李天鵬 高欣寶

（陸軍工程大學石家莊校區彈藥工程系 石家莊 050003）

1 引言

從精確制導技術的提出發展到現在，隨著基礎電子技術、探測技術、信號處理理論、控制理論以及大規模集成電路技術等的不斷發展，精確制導武器已經從單一制導體制逐步發展為多模復合制導，一系列先進精確制導武器得到了列裝，以滿足戰場目標打擊的各種需要，戰場目標的生存能力受到了巨大威脅。作為無源攻防對抗的另一方，無源干擾材料主要通過化學燃燒或爆炸分散在保護目標與精確制導武器的路徑上形成氣溶膠或煙幕云團，通過減少入射電磁波的信號強度、改變保護目標的電磁波反射特性、降低保護目標與背景的電磁波反射或輻射差異等達到遮蔽和保護我方目標的目的。

本文對當前外軍現役裝備導引頭進行了系統的分類和歸納，介紹了無源干擾材料吸收電磁波機理與近10年來無源干擾材料在對抗精確制導武器中的應用進展，探討當前存在的問題，分析膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導電聚合物等新材料在無源干擾中的應用，并展望了新型無源干擾材料在干擾多模導引頭中的應用前景和發展趨勢。

2 外軍現役裝備導引頭技術現狀

導引頭具有自主搜索、截獲與跟蹤輻射源的功能，是精確制導武器上的核心部件。精確制導武器通過安裝在導引頭上的陀螺儀和加速度計測量飛行器偏離目標彈道的失調參數，根據適當的導引律利用失調參數形成控制指令，將控制指令傳遞給彈上控制機構以控制和穩定飛行器飛行，以實現精確打擊［1］。導引頭技術的進步是精確制導武器變革的重要標志之一，世界各軍事強國對推動導引頭技術發展的研究均極為重視［2］。隨著光電技術與信號處理技術的不斷發展，導引頭工作的波段已經廣泛地覆蓋了可見光、紅外、紫外、毫米波、激光，同時多模復合制導已經成為新一代精確制導技術發展的主流。

我軍當前各方向各領域軍事斗爭準備中，面臨的主要是美制武器裝備，對美軍現役精確制導武器導引頭及觀瞄設備的情報、文獻追蹤發現，其末制導主要采用了紅外導引頭、激光導引頭、雷達導引頭及多模導引頭，另外還有少數導彈使用電視制導導引頭及紫外導引頭。通過在美國軍用火箭與導彈目錄（Directory of U.S.Military Rockets and Mis?siles，http：//www.designation-systems.net/dusrm/in?dex.html）以及美國科學家聯合會（Federation of American Scientists，https：//fas.org）中檢索，在表 1中總結了美軍現役制導武器型號、用途及制導方式等信息。

表1 美軍現役先進精確制導武器

在現役先進導引頭中中，紅外導引頭主要工作在 3μm～5μm及8μm～12μm波段，能透過煙、塵、雨、霧、樹叢等障礙實現對目標的全天候探測；關于激光導引頭主要工作波段的研究報道不多，檢索到的文獻較少，目前已知JDAM可采用1.06μm及10.6μm波段的激光導引頭進行末制導，其他大部分激光導引頭工作在0.5μm～1μm，其優點是制導精度較高、目標分辨率高、結構簡單；毫米波導引頭工作波段為1mm～10mm，主要工作在3mm及8mm波段，其抗干擾能力強，低仰角探測特性好，對目標形狀細節敏感，且跟蹤精度高；電視制導主要工作在可見及紅外波段，一般用于人在回路的巡航導彈及JDAM上，在防空、反坦克導彈上應用不多；紫外導引頭主要用于單兵防空導彈，工作在0.3μm～0.55μm的紫外波段，通過探測太陽光中的紫外線來輔助識別、區分紅外誘餌和目標，在其他類型導引頭中應用不多，紫外導引頭常與紅外導引頭復合使用，組成紫外/紅外雙色導引頭。

隨著干擾技術的發展，采用傳統單一制導模式的導引頭極易受到干擾，無法發揮出精確制導武器的作戰效能。多模復合制導技術對當前戰場的復雜干擾環境適應性較好，導引頭采用多模復合制導技術探測目標時，紅外、激光、毫米波等導引頭由于工作在不同波段、可利用不同信息而具有互補優勢。多模復合導引頭針對不同波段的無源或有源干擾可分別發揮其技術優勢，實現對戰場目標的精確打擊，已經成為當前新一代精確制導技術發展的主流。

當前西方發達國家正大力推進著一系列科研工作來改良精確制導武器的導引頭，隨著科研工作的進行，已研發、列裝了一些先進導引頭與精確制導武器，其中包括：不需要高度冷卻的光學導引頭、廣譜紅外導引頭、主動激光導引頭、共形相控陣雷達導引頭等。戰場目標的生存能力受到了巨大威脅和挑戰。研發更加有效的干擾技術，保護己方目標，提高其生存能力，已經成為一項非常重要的工作。

3 無源干擾材料吸波機理

根據電磁波吸收的原理與作用機制，可將無源干擾材料應用于電磁波吸收的機理分為干涉與吸收兩種，圖1為電磁波吸收機理的模型。

圖1 無源干擾材料應用于電磁波吸收模型

無源干擾材料干涉電磁波的原理是電磁波干涉相消，根據電磁波損耗理論［3］，當入射電磁波E0垂直入射進吸波材料時，由于吸波材料與介質（一般為空氣）無法達到阻抗匹配狀態，部分電磁波（前界面反射E1）被反射回空氣中，另一部分電磁波入射到吸波材料內部。入射到吸波材料內部的一部分電磁波會因內部損耗（內部損耗Eloss）而在內部傳輸的過程中耗散，另一部分電磁波（后界面反射E2）到達材料后界面時會被反射回空氣中。當吸波材料的厚度為電磁波波長λ的1/4或其奇數倍時，電磁波E1與E2彼此干涉相消，實現對電磁波的吸收，表現為吸波曲線中的反射損耗峰。吸波材料的厚度可以用四分之一波長模型計算［4～5］：

式中，fm為反射損耗峰位，tm為反射損耗峰位對應的吸波材料厚度，λ和λ0分別為電磁波在真空與介質（空氣）中的波長，εr為吸波材料的相對復介電常數（εr=ε'-jε''），μr為吸波材料的相對復磁導率（μr=μ'-jμ''）。

吸收電磁波主要依靠吸波材料將入射電磁波E0轉化為其他形式的能量Eloss耗散掉，以實現電磁波的衰減。為了使電磁波在吸收過程中盡最大可能被耗散，主要依靠兩個技術途徑：1）當入射電磁波E0入射到吸波材料表面時，使其全部或大部分進入吸波材料內部，減少反射回到空氣中的電磁波，提高吸波材料的阻抗匹配；2）當電磁波入射到吸波材料內部后，使其被有效地損耗，提高吸波材料的電磁波傳輸損耗性能。

阻抗匹配研究的是吸波材料對電磁波的有效吸收（RL<-10dB，詳見下文）頻率范圍與電磁波入射進入吸波材料內部的能力，電磁波的反射因子（垂直入射）為［6～7］

式中，Zin為輸入阻抗，Z0為自由空間阻抗，f為電磁波頻率，εr為吸波材料的相對介電常數，μr為吸波材料的相對磁導率，ε0為自由空間介電常數，μ0為自由空間磁導率。

由上式可知，當Zin=Z0時，吸波材料的反射因子為零（R=0）。此時是理想的阻抗匹配狀態，電磁波完全進入到吸波材料內部。滿足對于吸波材料阻抗匹配的要求，需要選取合適的吸波材料或通過各種物理、化學方式對吸波材料進行改性，盡可能地使εr與μr二者在數值上接近。但對于當前較常用的吸波材料，εr、μr的數值差別比較大，且二者的數值會隨電磁波頻率的變化而改變，因此理想的阻抗匹配狀態在實際操作中難以實現，只能在盡可能寬的電磁波頻譜內使二者接近，加強吸波材料的工作范圍。

另外，吸波材料應具備較大的電磁損耗能力，才可以將入射到吸波材料內部的電磁波耗散掉。相對復介電常數（εr=ε'-jε''）和相對復磁導率（μr=μ'-jμ''）是表征吸波材料對電磁波能量存儲與耗散能力的兩個物理量，ε'為在交變電場中，吸波材料傳輸與儲存電場能量的能力，ε''為吸波材料在交變電場中電偶極矩重排引起的能量損耗；μ'為吸波材料在外加磁場的作用下發生極化或磁化的程度，μ''為吸波材料磁偶極矩在外加磁場的作用下因磁偶極矩重排而引起的能量損耗。損耗角正切值tanδ（損耗因子）可以表征吸波材料對電磁波能量的損耗能力：

式中，tanδε為介電損耗角正切值，tanδμ為磁損耗角正切值，tanδ越大，說明吸波材料對電磁波能量的損耗能力越強。

根據傳輸線理論，可以用反射損耗（RL，Re?flection Loss）來表征吸波材料的吸波性能，通常將反射損耗公式以dB為單位表示為［6］

吸波材料對電磁波的損耗能力越強，RL值越小。當RL<-10dB時，即99%的入射電磁波都被吸波材料所吸收，符合此條件的電磁波波段為有效吸收波段，其帶寬為該吸波材料的有效吸收帶寬。

3.1 電損耗型吸收劑的吸波機理

電損耗型吸波材料有電阻型與電介質型兩類。電阻型吸波材料主要通過電阻損耗來吸收電磁波，吸波材料的電阻損耗性能與電導率有關，吸波材料內部的電子與載流子會在外界入射電磁波的激發下產生渦流，電磁波能量從而轉化為熱能。電介質型吸波材料主要靠介質的極化弛豫損耗來吸收電磁波，電偶極子會在交變的外界電磁場中電介質會發生弛豫過程從而引起極化。電介質弛豫過程中電偶極子的方向變化會引起電磁波的損耗，弛豫過程可以用狄拜理論來描述［8］：

式中，ω為角頻率，τ為極化弛豫時間，εs為靜電介電常數，ε0為真空介電常數，ε∞為高頻極限下的相對介電常數。由上述兩個公式可以得到ε′和ε″的關系：

當ε′-ε″曲線為半圓時，稱為Cole-Cole圓，對應一個狄拜弛豫過程，代表該吸波材料發生了弛豫過程。

3.2 磁損耗型吸收劑的吸波機理

磁損耗型吸波材料主要有磁滯損耗、疇壁共振、渦流損耗與自然共振四類機理［9］。

1）磁滯損耗

磁矩的不可逆轉動會引起磁感應強度隨著磁場強度的變化而變化，但磁感應強度與磁場強度的變化存在滯后效應，會導致電磁波能量損耗即磁滯損耗。當外加磁場很小時，鐵磁體的磁化是可逆的，故不存在磁滯效應，即弱磁場中磁滯效應可以忽略，磁滯損耗引起的電磁波損耗功率可用下式計算：

式中，η為瑞利常數，Hm為外加磁場幅值，f為外加磁場頻率。

2）渦流損耗

根據法拉第電磁感應定律，鐵磁體受到外加交變磁場的作用時，內部會產生感應電流（渦電流）。因鐵磁體內部有電阻存在，渦電流會產生熱量，造成的電磁波能量損耗即渦流損耗。可以根據趨膚效應判斷渦流損耗，如果C0不隨電磁波頻率變化而變化，說明該波段的電磁波損耗來源于渦流損耗，C0的計算公式如下，式中μ′、μ″的含義見上文。

3）疇壁共振

當鐵磁材料受到外加交變磁場的作用時，疇壁（相鄰磁疇之間的界面）受到力的作用會在平衡位置附近發生振動。當外加交變磁場的頻率等于疇壁振動的固有頻率時會發生共振即疇壁共振。通常情況下疇壁共振發生的頻率范圍在1MHz～100MHz內。

4）自然共振

自然共振是鐵磁共振的一種特殊形式。數微米級別粒徑的球形吸波材料屬于單疇顆粒，由于存在磁晶各向異性等效場，在某些晶軸方向的晶體容易磁化而某些晶軸方向的晶體不易磁化，磁疇在非恒定外加磁場的作用下會發生自然共振。根據鐵磁共振理論，自然共振頻率與磁晶各向異性場相關，自然共振頻率計算公式如下：

式中，fr為自然共振頻率，y為旋磁比，Heff為有效各向異性場。

自然共振是鐵氧體吸波材料的主要吸波機理，對于一些超細金屬粉末，如Fe/Ni金屬納米顆粒，較小的粒徑有利于增強有效各向異性（Keff），吸波材料的磁損耗同樣也來源于Fe與Ni顆粒的自然共振。

4 無源干擾材料研究現狀

隨著導引頭技術發展，各種有針對性的干擾技術應運而生。一般可將干擾技術劃分為有源干擾和無源干擾兩類，有源干擾技術一般采用主動干擾設備發生特定的電磁波信號，對來襲精確制導武器進行電子干擾或壓制，這類干擾設備有能耗較高、結構復雜、設備笨重、價格昂貴等缺點，在使用中受到一定的限制［10］；無源干擾技術一般指通過無源干擾材料或器材，減少入射電磁波的信號強度、改變目標的電磁波反射特性、降低目標與背景的電磁波反射或輻射差異等，以達到破壞精確制導武器探測、識別與跟蹤目標。無源干擾技術具有多頻譜干擾、性價比高、設備簡單、使用方便、可靠性強等優勢，在世界各國得到了廣泛的裝備，并且取得了較好的效果［11］。

按照干擾劑干擾波段的不同，可以將多頻譜干擾彈分為單波段干擾材料復合、多波段干擾材料干擾彈兩類。而多波段干擾材料具備多頻譜干擾能力，發射后可在紅外、激光、毫米波波段產生多頻譜干擾。能進一步簡化裝藥結構，提高干擾劑裝藥量，增大煙幕遮蔽面積，使用多波段干擾材料干擾彈干擾多模導引頭有望成為今后無源干擾研究的又一熱點。

就目前多頻譜干擾材料的發展來看，膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導電聚合物等材料因為其具有飄浮性好、孔隙率大、粒度分布廣、經濟環保、干擾效果好等優勢得到了一些深入的研究［12］。同時有研究者證實了CNT具有致癌性與生殖毒性［13］，在實驗操作過程中應做好個人安全防護措施。

4.1 膨脹石墨

膨脹石墨是利用石墨特殊的晶體結構，通過在石墨層間插入化合物，形成石墨層間化合物（Graphite Intercalation Compounds，GIC），對GIC進行高溫快速加熱時，石墨層間的插入物質劇烈分解，產生大量氣體，使垂直于石墨層方向的石墨層間鍵發生斷裂，形成膨脹石墨。由于膨脹石墨密度小、飄浮性能好，留空時間長，且粒子尺寸分布范圍廣，可與不同電磁波的λ/4匹配，能對較寬頻譜的電磁波實施有效干擾。

膨脹石墨應用于無源干擾的方法有多種，常見的有以下幾種［14］。

1）加熱法。目前，國內外研究者多采用化學燃料或電加熱的方法使GIC膨化，加熱法需在較高溫度下連續加熱十幾秒甚至更長時間，設備能耗高、加熱過程中石墨易氧化，膨脹石墨獲得率低。且加熱法設備復雜，需提前制備膨脹石墨，使用中再通過物理噴灑法形成遮蔽煙幕屏障，但膨脹石墨體積大，受擠壓易變形，不利于貯存和運輸，因而在實際應用中加熱法具有一定的限制。

2）燃燒法。通過燃燒型發煙劑使GIC膨化形成膨脹石墨煙幕，以 KNO3、NH4C1O4、KClO4、納米Fe3O4為氧化劑，鋁粉、鎂粉、富碳有機物為燃燒劑，加入GIC等組成復合干擾劑，利用煙火藥燃燒時釋放出的熱量與氣體使GIC膨化并分散于空中，形成干擾煙霧。燃燒法制備膨脹石墨的缺點是，膨脹石墨粒子難以聚集成團，瞬時形成大面積連續的干擾煙幕。

3）爆炸分散型瞬時膨化法。在化學藥劑提供的能量下，使GIC通過爆炸法瞬時膨化，爆炸法制備的膨脹石墨粒子形態較完整，且能借助爆炸過程在指定區域分散，瞬時形成大面積的干擾煙幕。在現代戰爭中，從目標收到預警信號到做出應戰反應，可利用的時間一般小于5s，因此爆炸法是膨脹石墨用于多頻譜干擾的主流。

近五年，膨脹石墨在無源干擾領域的應用有不少進展，Weiche等［15］在臺灣省“科技部”資助下采用爆炸法制備了一種以磁性鐵顆粒和膨脹石墨為基體的復合材料，該磁性膨脹石墨有極好的紅外（8μm～12μm）和毫米波（35GHz）干擾能力（>10dB）。

Valentini等［16］以工業熱塑性聚氨酯（TPU）為原料，采用熔融混煉和模壓法制備了膨脹石墨納米復合材料。樣品在1mm厚度下可以實現窄波段電磁吸收（>15dB，12.4GHz；>22dB，8.2GHz），而在6mm厚的樣品中，可通過多層結構實現寬波段電磁吸收（>10dB，8.5GHz～12GHz）。

Borah等［17］研究了用膨脹石墨作為吸波材料，發現研制的膨脹石墨在11.56GHz下的吸收能力為24.51dB，0.39GHz下的吸收能力為10dB。并將膨脹石墨與銅基吸波材料的性能進行了對比，發現膨脹石墨具有更好的性能。

Kuohui等［18］采用爆炸法制備了一種以磁性鐵顆粒和膨脹石墨為基體的復合材料。然后將其引入聚乙烯中，研究了材料的吸波性能。發現膨脹石墨和磁性鐵顆粒在聚乙烯中的質量比為4wt.%/30 wt.%時，在2GHz～18GHz下的吸收能力為15dB，在26.5GHz～40GHz下的吸收能力為13dB。

Tingkai等［19］使用燃燒法制備了膨脹石墨（EG）/BaFe12O19（BF）納米復合材料，具有比純EG和BF更好的電磁吸波性能，與碳納米管（CNT）復合的夾層微結構EG/BF可以進一步有效提高電磁吸波性能。厚度為1mm的夾層微結構CNT/EG/BF復合材料的最大吸收損耗可達45.8dB，在2GHz～18GHz的頻率范圍內，吸收能力也大于10dB。

4.2 石墨烯、碳納米管與碳纖維

新型碳材料包含石墨烯、碳納米管與碳纖維等碳納米材料。其中石墨烯是一種由碳原子堆積組成的材料，碳原子在石墨烯中以sp2雜化方式形成二維蜂窩狀結構，石墨烯材料還包括氧化石墨烯，是石墨烯的一種帶有含氧基團的衍生物。石墨烯的主要制備方法有機械剝離法、還原氧化石墨法、化學氣相沉積法、外延生長法、水熱法、溶劑熱法、電化學法等。碳納米管也是一種由碳原子堆積組成的材料，碳原子在碳納米管中以sp2雜化方式形成彎曲封閉的管狀結構，長徑比較大。碳納米管的主要制備方法有化學氣相沉積法、電弧放電法、水熱法、溶膠凝膠法等方法。碳纖維是一種高強度高模量的纖維，含碳量在95%以上，碳原子在其內部以石墨微晶結構存在，晶體中碳原子以sp2雜化方式形成共價鍵。碳纖維的主要制備方法有前驅纖維碳化法、氣相生長法。

石墨烯、碳納米管與碳纖維等碳材料除具有導電性能外，還具有質量輕、易加工、化學穩定性好、耐高溫等優點，是制備無源干擾材料的理想材料［20］。石墨烯與碳納米管以及石墨微晶中未成鍵的2pz軌道可形成離域的大π鍵，使其具有優良的導電性能。石墨烯、碳納米管與碳纖維比表面積大、導電性高、電損耗與磁損耗較強，被廣泛用于吸波、屏蔽材料。而且碳材料的比表面積大優勢，還可以作為載體來負載其他納米粒子解決其分散能力差、易團聚的問題。

Wan［21］等使用不同轉速離心GO分散液，將分離出的較大尺寸GO片（尺寸約14.5μm）制備成氧化石墨烯納米紙，在8.5GHz～13GHz下的吸收能力達到44.7dB。

Wu［22］等通過化學氣相沉積法制備石墨烯泡沫（Graphene Foam，GF），并制備了GF/聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）：聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）為 4.6 wt.%，PEDOT：PSS與GF質量比為3.5的復合材料，對8GHz～12GHz電磁波的最大吸收為91.9dB。

Yan［23］等在反應釜中使用高壓固相成型方法制備了rGO/聚苯乙烯（PS）復合材料，研究發現rGO/PS復合材料的吸波性能與PS粒徑大小密切相關，當PS粒徑為1mm時，在8GHz～12.5GHz下的吸收能力為12.0dB；當PS粒徑為2.5mm時，吸收能力為45.1dB。

Jia［24］等使用壓縮模塑和混合法將CNT沉積到廢橡膠粉（Ground Tire Rubber，GTR）顆粒表面，制備的CNT/GTR復合材料在CNT含量3.0wt.%時對8GHz～12GHz電磁波的吸收均大于66.9dB。

Arjmand［25］等將高濃度的多壁碳納米管（MW?CNT）混入聚氨酯（WPU）中，制備了MWCNT含量76.2wt.%的MWCNT/WPU吸波泡沫，電導率為2100S·m-1，在8GHz～12GHz下的吸收最高達到80dB。

Chen［26］等使用化學氣相滲透法制備了碳纖維/碳化硅復合纖維，當碳化硅含量為21.5vol%時，復合纖維在8.5GHz～12GHz的吸收能力達到了42dB，另外碳化硅的引入還可增加碳纖維的強度。

4.3 導電聚合物

聚苯胺（PANI）、聚乙炔（PA）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTH）、聚苯硫醚（PPS）等導電聚合物主鏈上C-C與C=C交替排列，形成了共軛π電子體系。在大π鍵中電子高度離域遷移，從而實現聚合物的導電，導電聚合物具有低密度、易加工、電導率可調、阻抗匹配性好的優點。導電聚合物主要的制備方法有化學氧化法和電化學法，均為陽離子聚合。未改性的導電聚合物是電損耗型吸收劑，一般對其摻雜、復合改性調控電磁參數（與磁損耗材料復合），增加其磁損耗特性使其對電磁波的吸收兼具電損耗與磁損耗，提高吸波性能。

Oyhar?abal［27］等制備了纖維、薄片、球形等形狀的PANI，研究了PANI形狀對電導率、介電常數、吸波性能的影響，發現薄片PANI的介電性能和吸波性能均優于纖維、球形PANI。當薄片PANI厚度為2.6mm時，材料對電磁波的最大吸收達到了37dB，而纖維與球狀PANI分別為8dB與7dB。

Liu［28］等通過原位水熱聚合制備了GO/PANI/NiFe2O4和GO/PPy/NiFe2O4三元復合材料，有效吸收帶寬分別為5.5GHz、4.5GHz，吸收極值分別達到了50.6dB、44.8dB。

Hou［29］等使用 PPy對磁損耗型吸波材料 Fe3O4納米顆粒的表面進行修飾制得Fe3O4@PPy，再對其表面進行包覆PANI的處理制備Fe3O4@PPy@PANI核殼結構復合材料。通過控制PPy和PANI殼層的厚度，可使Fe3O4@PPy@PANI的吸波波段分布在C波段、X波段和Ku波段，吸收最大值在6.7GHz處達到39.2dB。

Li［30］等使用硅烷偶聯劑對 LaCrO3和NiFe2O4改性，采用原位乳液氧化法制備了LaCrO3/PANI和NiFe2O4/PANI復合材料，發現LaCrO3/PANI對厘米波的最大吸收為16.5dB，吸收帶寬為5.4GHz；NiFe2O4/PANI對X波段的最大吸收為42dB，在8GHz處有效吸收帶寬為3.3GHz。

李顏海［31］等以（NH4）2SO4為氧化劑在酸性環境中制備PPy，再將PANI包覆在PPy表面，制備了粒徑400nm～450nm的復合材料小球，當PPy含量為40wt.%時在11GHz～13.5GHz的波段內吸波大于9dB。

Li［32］等在碳化硅表面修飾 PANI，發現復合材料的熱穩定性更高，且對33GHz～40GHz電磁波的吸收均大于10dB。

4.4 碳氣凝膠超黑

碳氣凝膠是一種將有機氣凝膠高溫碳化制得的多孔碳骨架非晶態物質，具有低密度、高比表面積、高導電率等特點，是一種電損耗型吸波材料。將碳氣凝膠與磁性納米金屬等磁損耗型吸波材料復合后可在較寬的電磁頻譜內實現較強的吸收性能，是一種理想的超黑材料［33］。關于碳氣凝膠吸波性能的研究起步較晚，目前公開的文獻不多。趙海波［34］等提出了一種磁性納米金屬/碳氣凝膠吸波材料，其中碳氣凝膠含量為77wt.%～99wt.%，納米金屬粒子分布在碳氣凝膠表面，比表面積為300m2·g-1～700m2·g-1，電導率為0.01S·m-1～1S·m-1，吸波強度為20dB～60dB。

4.5 等離子體

等離子體是一種氣態物質，由被電離的原子及原子團組成，是獨立于固、液、氣態之外的一種物質狀態，因其主要由帶電離子與自由電子組成，導電性較佳。等離子體用于無源干擾的機理在于，等離子體對電磁波有吸收、反射、折射與散射等作用［35］，當導引頭工作頻率的電磁波大于等離子體的頻率時，入射電磁波進入等離子體其電場會對等離子體中的電子做功，電場的能量轉化為電子的熱運動，實現電磁波能量的損耗、吸收；另外等離子體對電磁波的反射、折射與散射等作用也可達到無法穿透等離子體的作用。等離子體具有每次使用成本較低、可實施有效干擾的吸收帶較寬、通過控制可迅速放電產生等離子體等獨特的優勢，但因等離子體吸波技術較為前沿，存在著一系列尚未解決的科學與技術問題，現階段等離子體吸波技術仍處于試驗階段，距離實用化還有一段距離［36］。

何湘［35］等對封閉式、高頻放電（電源頻率1 MHz以上）產生的等離子體在飛行器雷達罩、進氣道等局部的隱身效果進行了理論計算和實驗測試。在4 kW的放電功率下，產生的等離子體最大電子密度為～5×1016·m-3，對 1GHz～3GHz、6.5GHz～7.5GHz電磁波的吸收大于10dB。從理論和實驗上驗證了等離子體吸波技術對L波段雷達實現隱身的可行性。

Xi等研究了高頻電磁波在等離子體中的傳播特性，通過數值模擬研究了 2GHz、5GHz、10GHz、15GHz、20GHz、30GHz電磁波在覆蓋5cm等離子層金屬表面的吸收［37］與反射［38］性能，研究發現可以通過改變等離子體的碰撞頻率和電子密度來調控其吸波性能。

Zhang［39］等對紅外超材料結構激發的表面等離子體激元結構的吸波性能進行了研究，發現表面等離子體激元結構可將紅外導引頭工作的3μm～5μm、7.5μm～14μm 波段輻射能量轉移到 5μm～7.5μm波段內發射，可有效降低裝備紅外輻射信號，干擾紅外導引頭的探測。

袁忠才［40］等提出了一種5cm等離子體（A）與5mm鐵氧體吸波材料（B）的ABA夾層結構，電磁波可在夾層中多次反射以增強吸收效果。其吸波性能優于等離子體與鐵氧體吸波材料的簡單疊加（10cm等離子體層為0dB～15dB，5mm鐵氧體層為5dB），對0.1GHz～30GHz電磁波的吸收大于50dB。

綜合以上分析發現，國外公開報道膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導電聚合物等新材料用于無源干擾的文獻雖然不多，但從少數文獻中可發現國外相關科研部門正大力從事膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導電聚合物等新材料的研究，并已經取得了一定的進展，其目的明顯是服務于軍事應用的。

5 結語

隨著多模復合精確制導技術的快速發展，各國列裝了一批先進精確制導武器，戰場目標的生存能力受到了巨大威脅和挑戰，實現對精確制導武器的有效干擾已是當務之急。無源干擾材料是當前電磁波吸波、屏蔽領域的研究熱點，具有效費比高、設備簡單、使用方便等優點，日益受到研究者的重視。但在多頻譜干擾、均勻分散、長時間漂浮等方面存在困難，而膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導電聚合物等新材料的應用，可彌補傳統無源干擾材料存在的缺點。本文系統地總結了近十年來這些新材料在吸波領域的工作，可發現當前使用其作為吸波材料對精確制導武器進行有效干擾已成為新的研究熱點，得到科學界的廣泛關注，但在以下幾個研究方面尚存在一些未解決的問題，值得進一步深入的研究。

1）石墨烯、碳納米管與碳纖維等新型碳材料規模化制備技術、工藝研究；

2）膨脹石墨、碳氣凝膠材料滯空時間、煙幕連續性研究；

3）磁損耗改性調控電磁參數導電聚合物復合材料研究；

4）等離子體電磁參數仿真與發生設備設計研究。

作為新型無源干擾材料，膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導電聚合物等在上述研究方向仍存在一些挑戰，這些研究方向的工作不僅會推動對抗精確制導武器的進展，在電磁屏蔽、電磁防護等軍民領域也會發揮重要作用。