張曉紅，喬英杰

（哈爾濱工程大學(xué) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150001）

纖維增強(qiáng)隱身復(fù)合材料的研究進(jìn)展

張曉紅，喬英杰

（哈爾濱工程大學(xué) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150001）

隱身技術(shù)是現(xiàn)代軍事裝備必不可少的技術(shù)，隱身材料是現(xiàn)代隱身技術(shù)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。本文從力學(xué)性能與電磁性能的角度出發(fā)，綜述了不同構(gòu)成成分的纖維增強(qiáng)隱身材料的在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，指出了在隱身技術(shù)研究中可能的發(fā)展方向。

隱身技術(shù)；力學(xué)性能；電磁性能

隨著微波電子技術(shù)的飛速發(fā)展，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的各種武器系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的威脅。隱身技術(shù)作為提高武器系統(tǒng)生存能力的有效手段，受到世界各國(guó)的高度重視。隱身技術(shù)是指在一定微波探測(cè)環(huán)境中降低目標(biāo)的可探測(cè)性，使其在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)難以被發(fā)現(xiàn)的技術(shù)。她的出現(xiàn)促使戰(zhàn)場(chǎng)軍事裝備向隱身化方向發(fā)展。隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇、隱身軍車(chē)等武器裝備的相繼出現(xiàn)［1］，有效地提高了武器裝備的生存能力和突防能力，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中顯示出巨大的威力。武器系統(tǒng)的隱身能力可以通過(guò)外形設(shè)計(jì)和使用隱身材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。外形設(shè)計(jì)雖然效果較好，但受到許多條件的制約。所以隱身材料的發(fā)展和應(yīng)用成為隱身技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一［2－6］。因此，紅外吸波隱身材料研究及其結(jié)果在軍事上的應(yīng)用具有重大意義。

1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能研究進(jìn)展

1.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能特點(diǎn)

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以有機(jī)聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料組合。纖維因其高強(qiáng)度、高模量的優(yōu)良特性而成為理想的承載體。而基體材料由于具有良好的粘接性能，使得兩者能夠很好粘接。同時(shí)，基體也能使載荷分布均勻，并傳遞到纖維中去，允許纖維承受壓縮和剪切載荷。纖維與基體之間良好的復(fù)合顯示出各自的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有很多其他材料不具備的良好性能［7］。

復(fù)合材料是一種非均勻的各向異性材料，力學(xué)性能有明顯的方向性。另一方面，復(fù)合材料損傷破壞形式具有多樣性。復(fù)合材料的破壞是由于多種失效（如基體開(kāi)裂、界面脫粘、纖維斷裂及分層等）的起始以及它們之間的相互作用，并且與很多因素如纖維、樹(shù)脂的性能、疊層順序、固化過(guò)程、環(huán)境、溫度以及使用條件等有關(guān)?？傊?，與金屬相比，復(fù)合材料具有更為復(fù)雜的失效模式［8］，這就大大增加了復(fù)合材料力學(xué)性能研究的難度。

1.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，纖維承載主要載荷。纖維的力學(xué)性能強(qiáng)烈地影響著復(fù)合材料的力學(xué)性能。為了從細(xì)觀上分析纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能，董立民［9］等首次成功地進(jìn)行了纖維束在應(yīng)變率為50～200s－1范圍內(nèi)的沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得了纖維束應(yīng)力－應(yīng)變曲線，得出玻璃纖維是與應(yīng)變率相關(guān)的、芳綸（Kevlar纖維）對(duì)應(yīng)變率不太敏感、炭纖維對(duì)應(yīng)變率無(wú)關(guān)以及纖維在變形破壞過(guò)程中所有的應(yīng)變能都轉(zhuǎn)化為熱能的結(jié)論。經(jīng)進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，汪洋［10］等對(duì)玻璃纖維束進(jìn)行了較大應(yīng)變率范圍的沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)，得到了纖維和纖維束動(dòng)態(tài)力學(xué)量之間的關(guān)系，提出了由纖維束的沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)確定纖維動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度參數(shù)的方法。夏源明［11，12］等在自行研制的擺錘式塊桿型沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)裝置上，成功地實(shí)施了單向玻璃纖維／環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料、炭纖維／環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)，并獲得了應(yīng)變率為1000s－1的應(yīng)力－應(yīng)變曲線，當(dāng)應(yīng)變率大于1300s－1時(shí)，玻璃纖維／環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的韌性向脆性轉(zhuǎn)化。

許沭華，王肖鈞［7］等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較系統(tǒng)地研究了Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料垂直纖維面的靜、動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在沖擊壓縮載荷作用下，Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有明顯的損傷軟化現(xiàn)象和應(yīng)變率效應(yīng)。軟化效應(yīng)反映了復(fù)合材料在沖擊載荷作用下復(fù)雜的損傷破壞模式和破壞過(guò)程。針對(duì)不同應(yīng)變率下Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)應(yīng)力－應(yīng)變實(shí)驗(yàn)曲線，提出了一個(gè)新型的由宏觀損傷量來(lái)綜合描述復(fù)合材料內(nèi)部損傷行為總體效果并且包含應(yīng)變率效應(yīng)和損傷軟化效應(yīng)的相關(guān)動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程。所引入的損傷量客觀上反映了Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)部基體開(kāi)裂、脫層、纖維斷裂等多種破壞模式的總體效果。

陳利，劉景艷［8］等人采用短標(biāo)距薄板試件法對(duì)三維多向編織復(fù)合材料試件進(jìn)行了壓縮實(shí)驗(yàn)，并分析了該類(lèi)材料的縱向壓縮剛度、壓縮強(qiáng)度和泊松比隨編織工藝參數(shù)的變化規(guī)律以及材料的失效形式。三維多向編織復(fù)合材料在破壞前基本保持線彈性，而縱向壓縮破壞則具有脆性特征。編織角的增大導(dǎo)致了材料縱向壓縮性能下降。減小四向編織紗線的細(xì)度，有利于提高材料的縱向壓縮性能。此外，三維六向編織復(fù)合材料的縱向壓縮性能低于三維五向編織復(fù)合材料。

Tay［13］等人研究了對(duì)壓縮載荷敏感的玻璃增強(qiáng)塑料和純環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)變率效應(yīng)。研究中利用液壓伺服Instron試驗(yàn)機(jī)和分離式Hopkinson壓桿測(cè)試，得到了應(yīng)變率在5×10－4～2500s－1范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)比較純環(huán)氧和玻璃增強(qiáng)塑料性能，揭示出兩種材料均為應(yīng)變率材料，特別是在低應(yīng)變率范圍內(nèi)，隨應(yīng)變率的增加動(dòng)態(tài)模量顯著增強(qiáng)；動(dòng)態(tài)加載下的應(yīng)力－應(yīng)變響應(yīng)不僅是應(yīng)變率函數(shù)，而且也是應(yīng)變函數(shù)。提出了一個(gè)包含應(yīng)變率和應(yīng)變兩個(gè)量的經(jīng)驗(yàn)方程，其在所研究應(yīng)變率范圍內(nèi)，能夠有效地描述純環(huán)氧和玻璃增強(qiáng)塑料的應(yīng)力－應(yīng)變行為。

Khan［14］等人采用在不同方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行壓縮強(qiáng)度測(cè)試，同時(shí)借助光鏡及掃描電子顯微鏡對(duì)斷裂試樣表面進(jìn)行了研究，通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)表征了編織S2－玻璃增強(qiáng)聚酯層合板的失穩(wěn)強(qiáng)度及模量。其結(jié)果表明：層合板厚度方向的失穩(wěn)應(yīng)力及應(yīng)變要高于層合板平面方向。他們還采用分離式Hopkinson壓桿和直接盤(pán)式?jīng)_擊加載裝置，確定了材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)該材料有明顯的應(yīng)變率敏感效應(yīng)。Khan［15］等人又研究了玻璃纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料壓縮性能隨應(yīng)變率增加的變化情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（Glass Fiber Reinforced Polymer／Plastic，GFRP）復(fù)合材料性能隨應(yīng)變率增加的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)變化。他們采用液壓伺服試驗(yàn)機(jī)獲得了范圍分別在10－3～10s－1的壓縮應(yīng)變率和2～1000kN／s的加載率。實(shí)驗(yàn)采用的圓柱和立方體試樣尺寸均為10mm。測(cè)試結(jié)果顯示出最大應(yīng)變、最大強(qiáng)度和彈性模量的應(yīng)變率效應(yīng)。他們測(cè)試了兩種不同厚度（9～11mm和15～18mm）的缺口三點(diǎn)彎曲試樣，確定了復(fù)合材料斷裂韌性的加載率效應(yīng)。

Ochola［16］等人研究了不同應(yīng)變率下玻璃及碳環(huán)氧樹(shù)脂基增強(qiáng)復(fù)合材料的動(dòng)力學(xué)行為。結(jié)果表明：與準(zhǔn)靜態(tài)加載相比，動(dòng)態(tài)加載條件下的材料及結(jié)構(gòu)響應(yīng)明顯不同。他們?cè)?0－3～450s－1的應(yīng)變率范圍內(nèi)，通過(guò)測(cè)試單層層合板即正交［0°／90°］聚合物基復(fù)合材料（Polymer Matrix Composites，PMC），研究了炭纖維增強(qiáng)塑料（Carbon Fiber Reinforced Polymer／Plastic，CFRP）和玻璃纖維增強(qiáng)塑料的應(yīng)變率敏感效應(yīng)。在從低到高的應(yīng)變率下，通過(guò)測(cè)試層合板體系（CFRP和GFRP）確定了材料的壓縮性能。結(jié)果表明，初始?jí)嚎s應(yīng)力－應(yīng)變與應(yīng)變率數(shù)據(jù)顯示，GFRP的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度隨應(yīng)變率的增加而增高，而CFRP和GFRP的失穩(wěn)應(yīng)變則隨應(yīng)變率增加而降低。

Hsiao［17］等人利用落重和液壓伺服試驗(yàn)機(jī)分別研究了碳／環(huán)氧復(fù)合材料壓縮和剪切行為以及帶有波狀纖維的復(fù)合材料的應(yīng)變率效應(yīng)。該研究表征了沿縱向和橫向加載的單向（IM6G／3501－6）及正交碳／環(huán)氧層合板特性；對(duì)相同的單向材料進(jìn)行偏軸（30°和45°）壓縮測(cè)試，獲得了平面剪切應(yīng)力－應(yīng)變行為規(guī)律；90°偏軸時(shí)的性能由基體主導(dǎo)，與靜態(tài)值比較顯示出模量和強(qiáng)度有所增強(qiáng)，而最終應(yīng)變沒(méi)有明顯的改變；剪切應(yīng)力－應(yīng)變行為顯示，隨應(yīng)變率增加應(yīng)力顯著增加，達(dá)到穩(wěn)定水平后呈現(xiàn)出很高的非線性；0°和正交層合板顯示，隨應(yīng)變率增加強(qiáng)度及應(yīng)變值增加較高，而與靜態(tài)比較模量?jī)H少量增加。強(qiáng)度和最終應(yīng)變的增加可能與復(fù)合材料的剪切行為和失穩(wěn)模量改變有關(guān)。

2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的電磁性能研究現(xiàn)狀

2.1 碳納米管作為吸波劑

自1991年日本科學(xué)家Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(lái)［18］，由于碳納米管具有獨(dú)特的力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等性能，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到催化劑載體［19－21］、電極材料［22］、儲(chǔ)氫材料［23，24］、納米電子器件［25］、復(fù)合材料［26－28］等多方面，逐漸形成了材料界和凝聚態(tài)物理的前沿和熱點(diǎn)［29］。近幾年來(lái)，碳納米管作為一個(gè)典型的納米結(jié)構(gòu)，更日益受到重視。

碳納米管（Carbon Nanotubes，CNTs），又名巴基管，是碳同素異構(gòu)體家族中的一個(gè)新成員。碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料。其徑向尺寸為納米級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口。按所含有石墨層數(shù)的不同，碳納米管可分為單層碳納米管（Single－wall Carbon Nanotube，SWCNT）和多層碳納米管 （Multi－wall Carbon Nanotube，MWCNT）。兩者的物理性質(zhì)都與其各自的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。碳納米管無(wú)縫管狀結(jié)構(gòu)和管身良好的石墨化程度賦予了碳納米管優(yōu)異的力學(xué)性能。理論估計(jì)單層碳納米管的拉伸強(qiáng)度［30］為鋼的100倍，而質(zhì)量只有鋼的1／6，并且延伸率可達(dá)到20% ，其長(zhǎng)度和直徑之比可達(dá)100～1000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般材料的長(zhǎng)徑比（約為20），因而被稱為“超強(qiáng)纖維”。碳納米管因其優(yōu)異的熱力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)復(fù)合可以改善其他材料的性能。在金屬、高分子、陶瓷等材料中加入一定量的碳納米管，不但可以明顯地提高材料的熱力學(xué)性質(zhì)，而且還可以改善基體的某些電學(xué)、磁學(xué)性能［31］。

新一代隱身吸波材料要求吸收強(qiáng)、寬頻帶、質(zhì)量輕、厚度薄、功能多、紅外微波吸收兼容以及具有優(yōu)良的其他綜合性能。采用具有特殊電、磁、光性能的無(wú)機(jī)納米材料與性能優(yōu)良的有機(jī)聚合物復(fù)合制造吸波材料是實(shí)現(xiàn)這些要求的一個(gè)重要方向。近幾年，研究發(fā)現(xiàn)CNTs的電磁特性明顯不同于其他各類(lèi)已知的碳結(jié)構(gòu)［32－34］。例如，由于量子限域效應(yīng)，電子在CNTs中的運(yùn)動(dòng)是沿軸向的。由于電子能量和波矢之間的關(guān)系，CNTs可表現(xiàn)出金屬或半導(dǎo)體特性［35，36］。CNTs擁有的特殊的螺旋結(jié)構(gòu)和手征性還導(dǎo)致其具有特殊的電磁效應(yīng)［37，38］。碳納米管的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)對(duì)其吸波性能有重要影響，表現(xiàn)在：（1）大量懸掛鍵的存在使界面極化，高比表面積造成多重散射；（2）宏觀量子隧道效應(yīng)的存在使得納米離子電子能級(jí)分裂，分裂能級(jí)間隔處于微波的能量范圍內(nèi)（10－2～10－4eV）；（3）碳納米管不但具有較高的電損耗正切角，依靠電介質(zhì)的電子極化或界面極化衰減，吸收電磁波，而且還具有較高的磁損耗正切角，依靠磁滯損耗、疇壁共振和后效損耗等磁極化衰減吸收電磁波［39］。CNTs獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能預(yù)示它在制備吸波隱身材料中具有廣泛的應(yīng)用前景。

由于碳納米管上述優(yōu)點(diǎn)，使其成為復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體。在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維和基體的界面屬性對(duì)于復(fù)合材料的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)的完整性是至關(guān)重要的。對(duì)相對(duì)“惰性”的碳納米管的表面進(jìn)行修飾，在碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料的制備中起著重要的作用［40］。

在碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備中，要想發(fā)揮碳納米管性能必須解決兩個(gè)問(wèn)題［41，42］：（1）如何增強(qiáng)碳納米管和金屬基體的潤(rùn)濕性；（2）碳納米管如何在基體中均勻分散。碳納米管的表面張力臨界值為100～200mN／m量級(jí)，遠(yuǎn)低于大多數(shù)金屬的表面張力值（如：Cu為1270mN／m）［43］。若碳納米管未進(jìn)行表面處理，其與金屬基體難以形成結(jié)合牢固的界面結(jié)合，其優(yōu)異的力學(xué)性則不能充分發(fā)揮［44］。

曹茂盛等［45］制備了碳納米管／聚酯基復(fù)合材料，并研究了其微波吸收特性，分析表明，通過(guò)改變厚度，碳納米管／聚酯基復(fù)合材料在8～40GHz波段有明顯的吸收，且當(dāng)厚度為（1.40±0.05）mm，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%CNTs的聚酯基復(fù)合材料，在25GHz波段有明顯的吸收。孫曉剛［46］將碳納米管和環(huán)氧樹(shù)脂按兩種比例混合在1.2mm厚鋁基板上，澆鑄成7mm厚復(fù)合吸波涂料層，采用反射率掃頻測(cè)量系統(tǒng)HP8757E標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測(cè)了吸波性能，研究表明，碳納米管和環(huán)氧樹(shù)脂比例為1∶100時(shí)，吸波層試樣在11GHz和17.83GHz出現(xiàn)雙吸收峰，最大吸收峰出現(xiàn)在17.83GHz，峰值R為－9.04dB，帶寬約1GHz；碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂比例調(diào)整為8∶100時(shí)，雙吸波峰出現(xiàn)在10.08GHz和16.8GHz，帶寬分別達(dá)到2.87GHz和2.56GHz，總帶寬5.43GHz（R＜－8dB）。

2.2 氧化鋅作為吸波劑

氧化鋅具有典型的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地描述為由O2－和Zn2＋四面體沿C軸交替堆垛而成。由于氧化鋅的這種結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其沒(méi)有對(duì)稱中心，因此具有壓電和熱電性能。同時(shí)氧化鋅又是半導(dǎo)體材料，為寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體。其禁帶寬度為3.37eV，激子結(jié)合能為60meV。從1960年以來(lái)，因?yàn)檠趸\薄膜在傳感器，換能器和催化方面的應(yīng)用，氧化鋅薄膜的制備一直是人們研究的方向。此外，氧化鋅是一種用途十分廣泛的n型半導(dǎo)體功能材料，在量子器件、特種精細(xì)陶瓷、太陽(yáng)能利用、環(huán)保催化劑、醫(yī)藥、化妝品等方面有著十分廣泛的應(yīng)用前景。其還可用作氣體傳感器的敏感材料、熒光體、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、變阻器、壓敏電阻、催化劑、磁性材料、陶瓷材料、高密度信息存儲(chǔ)材料［47，48］。

隨著尺寸的減小，由于表面效應(yīng)和量子限域的影響，納米結(jié)構(gòu)氧化鋅在光學(xué)、光電子學(xué)、催化和壓電等方面上表現(xiàn)出奇特的性能特點(diǎn)。其制備和性能研究已成為當(dāng)今準(zhǔn)一維材料研究的熱點(diǎn)［49－58］。

趙韋人［59］等的理論分析表明，當(dāng)納米線的半徑減小到與電子平均自由程同一數(shù)量級(jí)時(shí)，納米線的介電常數(shù)ε依賴于其在線中的局域位置。在這種情況下，納米線的ε″r／ε′r比將隨其半徑的減小而急劇增加。這種性能有利于其在電磁隱身領(lǐng)域的應(yīng)用。

劉建華［60］等使用波導(dǎo)法對(duì)四腳狀氧化鋅晶須、氧化鋅納米晶體以及體相氧化鋅材料進(jìn)行磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的測(cè)量。結(jié)果表明，在8～12GHz的范圍內(nèi)，四腳狀氧化鋅晶須、氧化鋅納米晶體以及體相氧化鋅的介電損耗隨頻率的增加變化不明顯。微波電磁性能實(shí)驗(yàn)表明，四腳狀氧化鋅晶須以及氧化鋅納米晶體是一種介電損耗材料，具有一定的微波吸收性能，并且四腳狀氧化鋅晶須的介電損耗大于氧化鋅納米晶體。體相氧化鋅材料在這個(gè)頻率范圍內(nèi)基本沒(méi)有電磁損耗。對(duì)于納米氧化鋅，其介電損耗機(jī)制目前還不是特別清楚。

曹茂盛［61］等對(duì)氧化鋅吸波性能做了大量研究，首先采用碳熱還原法制備四腳氧化鋅。采用燃燒合成的方法制備ZnO晶須／SiO2復(fù)合材料獲得良好的吸波性能，ZnO晶須含量為20%時(shí)，在11.6GHz具有最大吸收峰，峰值R為6.5dB［62，63］。將ZnO納米線分散到聚酯中得到的復(fù)合材料在5～14GHz范圍具有良好的吸波性能，且隨著納米線含量變化有所不同，納米線含量為6%時(shí)最大吸收峰為8.37dB，吸波范圍5～12GHz；在納米線含量為7%時(shí)，峰值可提高至12.28dB，吸波范圍8～14GHz。通過(guò)固相合成的方法將氧化鋅嵌入到PZT（Piezoelectric）基納米復(fù)合材料中，與單一PZT陶瓷相比提高了力學(xué)性能，然而卻降低了壓電性能［64］。研究者又將氧化鋅納米晶須嵌入到玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，由于氧化鋅晶須3D結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的應(yīng)力傳遞（動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)力下，應(yīng)力從氧化鋅一只腳轉(zhuǎn)移到另外三只腳，導(dǎo)致應(yīng)力傳播，阻止裂紋擴(kuò)散，限制復(fù)合材料變形），使復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能，氧化鋅晶須的擴(kuò)散和斷裂模式使復(fù)合材料又具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能［65］。

3 結(jié)束語(yǔ)

如上所述，國(guó)外在隱身材料的研究方面，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比剛度，特別是可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，在航空、航天、軍事、汽車(chē)等部門(mén)的應(yīng)用日益廣泛。但在許多實(shí)際的工程應(yīng)用中，可能遭受到諸如子彈撞擊等不同形式的高速?zèng)_擊載荷。然而目前對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在高加載率下的動(dòng)力學(xué)行為還知之甚少，因此對(duì)其在高應(yīng)變率下的動(dòng)力學(xué)性能行為及其沖擊損傷破壞問(wèn)題的研究就越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注，并可能成為新的研究熱點(diǎn)之一。

目前已研制的隱身材料大多只能在某一頻帶起作用，在其他波段則會(huì)喪失隱身效果。因此，研究高性能、寬頻帶吸波材料以展寬有效頻帶，實(shí)現(xiàn)多頻譜隱身材料相兼容是隱身材料未來(lái)發(fā)展的一個(gè)主要方向。

［1］ 崔東輝，朱旭寶.雷達(dá)吸波材料發(fā)展趨勢(shì)［J］.飛航導(dǎo)彈，2000，（11）：54－57.

［2］ 譚顯裕.隱身／反隱身技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.激光技術(shù)，1990，（4）：32－33.

［3］ JAGGARD D L.Spherical chiroshield ［J］.Electronics Letters，1991，27（1）：26－29.

［4］ JAGGARD D L.Chiroshield：a salisbury／dellenbach shield alternative［J］.Electronics Letters，1990，26（17）：22－24.

［5］ 劉世良.國(guó)外反隱身技術(shù)的研究及發(fā)展趨勢(shì)［J］.上海航天，1994，（2）：36－38.

［6］ 吳明中.雷達(dá)吸波材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.1997，28（2）：26－30.

［7］ 許沭華，王肖鈞，張剛明，等.Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2001，16（1）：26－33.

［8］ 陳利，劉景艷，馬振杰，等.三維多向編織復(fù)合材料壓縮性能的試驗(yàn)研究［J］.固體火箭技術(shù)，2006，29（1）：63－66.

［9］ 董立民，夏源明，楊報(bào)昌.纖維束的沖擊拉伸試驗(yàn)研究［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，1990，7（4）：9－14.

［10］ 汪洋，夏源明.纖維束動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.材料工程，1999，（12）：13－15.

［11］ 夏源明，楊報(bào)昌，李銘.樹(shù)脂基體及其復(fù)合材料對(duì)拉伸沖擊載荷的響應(yīng)［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，1987，4（2）：59－60.

［12］ 夏源明，王興，楊報(bào)昌.單向玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂在沖擊拉伸時(shí)的一維本構(gòu)方程［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，1994，11（4）：110－114.

［13］ TAY T E，ANG H G，SHIM V P W.An empirical strain ratedependent constitutive relationship for glass－fibre reinforced epoxy and pure epoxy ［J］.Composite Structures，1995，33（4）：201－210.

［14］ KHAN M Z SHAH，SIMPSON G.Mechanical properties of a glass reinforced plastic naval composite material under increasing compressive strain rates［J］.Material Letters，2000，45（3－4）：167－174.

［15］ KHAN M Z S.Resistance of glass－fibre reinforced polymer com－posites to increasing compressive strain rates and loading rates［J］.Composites Part A：Applied Science and Manufacturing，2000，31（1）：57－67.

［16］ OCHOLA R O，MARCUS K，NURICK G N，et al.Mechanical behaviour of glass and carbon fibre reinforced composites at varying strain rates［J］.Composite Structures，2004，63（3－4）：455－467.

［17］ HSIAO H M，DANIEL I M.Effect of fiber waviness on stiffness and strength reduction of unidirectional composites under compressive loading［J］.Composites Science and Technology，1996，56（5）：581－593.

［18］ IIJIMA S.Helical microtubues of graphitic carbon［J］.Nature，1991，354（6348）：56.

［19］ 陳軍峰，徐才錄，毛宗強(qiáng)，等.碳納米管表面沉積鉑及其質(zhì)子交換膜燃料電池的性能［J］.中國(guó)科學(xué)，2001，31（6）：529－533.

［20］ EBBESEN T W，AJAYAN P M.Large－scale synthesis of carbon nanotubes［J］.Nature，1992，358（6383）：220－222.

［21］ ANG L M，HOR T S A，XU G Q，et al.Decoration of activated carbon nanotubes with copper and nickel［J］.Carbon，2000，38（3）：363－372.

［22］ FRACKOWIAK E，GAUTIER S，GAUCHER H，et al.Electrochemical storage of lithium multiwalled carbon nanotubes［J］.Carbon，1999，37（1）：61－69.

［23］ DILLON A C，JONES K M，BEKKEDAHL T A，et al.Storage of hydrogen in single－walled carbon nanotubes［J］.Nature，1997，386（6623）：377－379.

［24］ LIU C，F(xiàn)AN Y Y，LIU M，et al.Hydrogen storage in singlewalled carbon nanotube at room temperature［J］.Science，1999，286（5442）：1127－1129.

［25］ RINZLER A G，HAFNER J H，NIKOLAEV P，et al.Unraveling nanotubes：field emission from an atomic wire［J］.Science，1995，269（5230）：1550－1553.

［26］ QIAN D，DICKEY E C.In－situ transmission electron microscopy studies of polymer－carbon nanotube composite deformation［J］.Journal of Microscopy，2001，204（1）：39－45.

［27］ KUZUMAKI T，MIYAZAMA K，ICHINOSE H，et al.Processing of carbon nanotube reinforce dammominum composite［J］.J Mater Res，1998，13（9）：2445－2449.

［28］ 陳小華，王鍵雄.碳納米管的化學(xué)鍍鎳研究［J］.新型碳材料，2000，15（4）：39－43.

［29］ 易國(guó)軍，陳小華.碳納米管的表面改性與鎳的包覆［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2004，14（3）：479－483.

［30］ TREACY M M J.Flexible light－emitting diodes made from soluble conducting polymers［J］.Nature，1996，381（6378）：678－680.

［31］ 聶海瑜.碳納米管的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2004，25（5）：34－38.

［32］ SCHARFF P.New carbon materials for research and technology［J］.Carbon，1998，36（5－6）：481－486.

［33］ WILDOER JWG，VENEMA LC，RINZLER AG，et al.Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes［J］.Nature，1998，391（6662）：59－62.

［34］ SANDLER J，SHAFFER M S P，PRASSE T，et al.Development of a dispersion process for carbon nanotubes in an epoxy matrix and the resulting electrical properties［J］.Polymer，1999，40（21）：5967－5971.

［35］ JOSE K A，VARADAN GIVEN NAME，VASUADARA V.Free－space vs.one－h(huán)orn interferometer techniques for radar absorber measurements［J］.Microwave Journal，1998，41（9）：148－154.

［36］ SMITH F C，CHAMBERS B，BENNET J C.Methodology for accurate free－space characterization of radar absorbing materials［J］.IEE Proceedings：Science，Meas and Technol，1994，141（6）：538－546.

［37］ GAO M，WANG B，YUAN J，et al.Towards an intelligent CAD system for multilayer electromagnetic absorber design［J］.Materials and Design，1998，19（3）：113－120.

［38］ 周克省，黃可龍，孔德明，等.納米無(wú)機(jī)物／聚合物復(fù)合吸波功能材料［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2002，18（3）：15－19.

［39］ 黃祖雄，吳唯.碳納米管在聚合物基吸波隱身復(fù)合材料上的應(yīng)用［J］.材料工程，2004，（7）：54－56.

［40］ SEEGER T，REDLICH PH，GROBERT N，et al.SiOx－coating of carbon nanotubes at room temperature［J］.Chemical Physics Letters，2001，339（1－2）：41－46.

［41］ AJAYAN P M，STEPHAN Q，COLLIEX C，et al.Aligned carbon nanotube arrays formed by cutting apolymer resin nanotube composite［J］.Science，1994，265（16）：1212－1214.

［42］ DUJARDIN E，EBBESEN T W，HIURA H.Capillarity and wetting of carbon nanotubes［J］.Science，1994，265（18）：1850－1851.

［43］ ROBERT C.CRC handbook of physics and chemistry［M］.Florida：CRC Press，1988.

［44］ 袁海龍，鳳儀.碳納米管的化學(xué)鍍銅［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2004，14（4）：665－669.

［45］ 曹茂盛，高正娟，朱靜.CNTs／Polyester復(fù)合材料的微波吸收特性研究［J］.材料工程，2003，（2）：34－36.

［46］ 孫曉剛.碳納米管吸波性能研究［J］.人工晶體學(xué)報(bào)，2005，34（1）：1－4.

［47］ HONG YOUI BAE，GYEONG MAN CHOI.Electrical and reducing gas sensing properties of ZnO and ZnO－CuO thin films fabricated by spin coating method［J］.Sensors and Actuators B：Chemical，1999，55（1）：47－54.

［48］ WANG Z L.In－situ analysis of valence conversion in transition metal oxides using electron energy－loss spectroscopy［J］.Materials Today，2004，7（6）：26－33.

［49］ KONG X Y，DING Y，YANG R S，et al.Single－crystal nanorings formed by epitaxial self－coiling of polar nanobelts［J］.Science，2004，303（2）：1348－1351.

［50］ GAO P X，DING Y，MAI W J，et al.Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice－structured nanohelices［J］.Science，2005，309（21）：1700－1704.

［51］ GAO P X，WANG Z L.Nanopropeller arrays of zinc oxide［J］.Appl Phys Lett，2004，84（15）：2883－2885.

［52］ WANG X D，SUMMERS C J，WANG Z L.Large－scale hexagonal－patterned growth of aligned ZnO nanorods for nano－optoelectronics and nanosensor arrays［J］.Nano Letters，2004，4（3）：423－426.

［53］ PARKA J，CHOIA H H，SIEBEINB K，et al.Two－step evaporation process for formation of aligned zinc oxide nanowires［J］.Journal of Crystal Growth，2003，258（23）：342－348.

［54］ 田雅娟，陳爾凡，程遠(yuǎn)杰，等.四腳狀氧化鋅晶須及應(yīng)用［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000，28（2）：165－168.

［55］ 呂越峰，吳華武.四腳狀氧化鋅晶須的制備、性能及應(yīng)用［J］.化學(xué)通報(bào)，1996，（11）：15－18.

［56］ 陳爾凡，田雅娟，程遠(yuǎn)杰，等.四腳狀氧化鋅晶須的生長(zhǎng)習(xí)性及機(jī)理的研究［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2001，29（2）：151－156.

［57］ 戴英，張躍，方圓，等.高品質(zhì)四針狀氧化鋅晶須的結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)機(jī)理［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（2）：200－202.

［58］ 陳爾凡，田雅娟，程遠(yuǎn)杰，等.四腳狀氧化鋅晶須的制備及微觀形態(tài)研究［J］.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2000，21（2）：172－176.

［59］ 趙韋人，劉德義，黃榮芳，等.無(wú)界金屬圓柱介電函數(shù)的經(jīng)典尺寸效應(yīng)［J］.金屬學(xué)報(bào)，1998，34（8）：819.

［60］ 劉建華，孫杰，李松梅.不同形貌氧化鋅的微波電磁性能研究［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30（9）：822－825.

［61］ ZHENG Chen，SHAN Zhi－wei，CAO MS，et al.Zinc oxide nanotetrapods［J］.Nanotechnology，2004，（15）：365－369.

［62］ SHI Xiao－ling，YUAN Jie，ZHOU Wei，et al.Preparation and dielectric properties of nanostructured ZnO whisher［J］.Chin Phys Lett，2007，24（10）：2994.

［63］ CAO Mao－sheng，SHI Xiao－ling，F(xiàn)ANG Xiao－yong.Microwave absorption properties and mechanism of cagelike ZnO／SiO2nanocomposites［J］.Applied Physics Letters，2007，91（20）：203110（3pages）.

［64］ LIN Hai－bo，CAO Mao－sheng，ZHAO Quan－liang，et al.Mechanical reinforcement and piezoelectric properties of nanocomposites embedded with ZnO nanowhiskers［J］.Scripta Materialia，2008，59（7）：780－783.

［65］ CAO M S，ZHOU W，SHI X L.Dynamic response and reinforcement mechanism of composites embedded with tetraneedlelike ZnO nanowhiskers［J］.Applied Physics Letters，2007，91（2）：021912（3pages）.

Progress in Fiber－enhanced Composite Materials for Stealth Applications

ZHANG Xiao－h(huán)ong，QIAO Ying－jie
（College of Materials Science and Chemical Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Stealth technology is indispensable in the modern military equipment and stealth materials is important substantial foundation of modern stealth technology.In this work，the domestic and foreign development and status of fiber reinforced stealth materials with different components are summarized on the base of mechanical and electromagnetic properties.The possible direction about stealth technology was also pointed.

stealth technology；mechanical property；electromagnetic property

TB332

A

1001－4381（2011）08－0087－06

2010－04－01；

2011－02－20

張曉紅（1974－），女，博士研究生，講師，主要從事電磁材料研究，聯(lián)系地址：哈爾濱市南崗區(qū)南通大街145號(hào)哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院（150001），E－mail：zhangxiaohong＠hrbeu.edu.cn