李笑楠 李天鵬 高欣寶

（陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)彈藥工程系 石家莊 050003）

1 引言

從精確制導(dǎo)技術(shù)的提出發(fā)展到現(xiàn)在，隨著基礎(chǔ)電子技術(shù)、探測技術(shù)、信號處理理論、控制理論以及大規(guī)模集成電路技術(shù)等的不斷發(fā)展，精確制導(dǎo)武器已經(jīng)從單一制導(dǎo)體制逐步發(fā)展為多模復(fù)合制導(dǎo)，一系列先進精確制導(dǎo)武器得到了列裝，以滿足戰(zhàn)場目標(biāo)打擊的各種需要，戰(zhàn)場目標(biāo)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(xué)燃燒或爆炸分散在保護目標(biāo)與精確制導(dǎo)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(biāo)的電磁波反射特性、降低保護目標(biāo)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(biāo)的目的。

本文對當(dāng)前外軍現(xiàn)役裝備導(dǎo)引頭進行了系統(tǒng)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(dǎo)武器中的應(yīng)用進展，探討當(dāng)前存在的問題，分析膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導(dǎo)電聚合物等新材料在無源干擾中的應(yīng)用，并展望了新型無源干擾材料在干擾多模導(dǎo)引頭中的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。

2 外軍現(xiàn)役裝備導(dǎo)引頭技術(shù)現(xiàn)狀

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

我軍當(dāng)前各方向各領(lǐng)域軍事斗爭準(zhǔn)備中，面臨的主要是美制武器裝備，對美軍現(xiàn)役精確制導(dǎo)武器導(dǎo)引頭及觀瞄設(shè)備的情報、文獻追蹤發(fā)現(xiàn)，其末制導(dǎo)主要采用了紅外導(dǎo)引頭、激光導(dǎo)引頭、雷達導(dǎo)引頭及多模導(dǎo)引頭，另外還有少數(shù)導(dǎo)彈使用電視制導(dǎo)導(dǎo)引頭及紫外導(dǎo)引頭。通過在美國軍用火箭與導(dǎo)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(xué)家聯(lián)合會（Federation of American Scientists，https：//fas.org）中檢索，在表 1中總結(jié)了美軍現(xiàn)役制導(dǎo)武器型號、用途及制導(dǎo)方式等信息。

表1 美軍現(xiàn)役先進精確制導(dǎo)武器

在現(xiàn)役先進導(dǎo)引頭中中，紅外導(dǎo)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(xiàn)對目標(biāo)的全天候探測；關(guān)于激光導(dǎo)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(dǎo)引頭進行末制導(dǎo)，其他大部分激光導(dǎo)引頭工作在0.5μm～1μm，其優(yōu)點是制導(dǎo)精度較高、目標(biāo)分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單；毫米波導(dǎo)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(biāo)形狀細節(jié)敏感，且跟蹤精度高；電視制導(dǎo)主要工作在可見及紅外波段，一般用于人在回路的巡航導(dǎo)彈及JDAM上，在防空、反坦克導(dǎo)彈上應(yīng)用不多；紫外導(dǎo)引頭主要用于單兵防空導(dǎo)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(qū)分紅外誘餌和目標(biāo)，在其他類型導(dǎo)引頭中應(yīng)用不多，紫外導(dǎo)引頭常與紅外導(dǎo)引頭復(fù)合使用，組成紫外/紅外雙色導(dǎo)引頭。

隨著干擾技術(shù)的發(fā)展，采用傳統(tǒng)單一制導(dǎo)模式的導(dǎo)引頭極易受到干擾，無法發(fā)揮出精確制導(dǎo)武器的作戰(zhàn)效能。多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)對當(dāng)前戰(zhàn)場的復(fù)雜干擾環(huán)境適應(yīng)性較好，導(dǎo)引頭采用多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)探測目標(biāo)時，紅外、激光、毫米波等導(dǎo)引頭由于工作在不同波段、可利用不同信息而具有互補優(yōu)勢。多模復(fù)合導(dǎo)引頭針對不同波段的無源或有源干擾可分別發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)對戰(zhàn)場目標(biāo)的精確打擊，已經(jīng)成為當(dāng)前新一代精確制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的主流。

當(dāng)前西方發(fā)達國家正大力推進著一系列科研工作來改良精確制導(dǎo)武器的導(dǎo)引頭，隨著科研工作的進行，已研發(fā)、列裝了一些先進導(dǎo)引頭與精確制導(dǎo)武器，其中包括：不需要高度冷卻的光學(xué)導(dǎo)引頭、廣譜紅外導(dǎo)引頭、主動激光導(dǎo)引頭、共形相控陣?yán)走_導(dǎo)引頭等。戰(zhàn)場目標(biāo)的生存能力受到了巨大威脅和挑戰(zhàn)。研發(fā)更加有效的干擾技術(shù)，保護己方目標(biāo)，提高其生存能力，已經(jīng)成為一項非常重要的工作。

3 無源干擾材料吸波機理

根據(jù)電磁波吸收的原理與作用機制，可將無源干擾材料應(yīng)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(yīng)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(jù)電磁波損耗理論［3］，當(dāng)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(zhì)（一般為空氣）無法達到阻抗匹配狀態(tài)，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(nèi)部。入射到吸波材料內(nèi)部的一部分電磁波會因內(nèi)部損耗（內(nèi)部損耗Eloss）而在內(nèi)部傳輸?shù)倪^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(dāng)吸波材料的厚度為電磁波波長λ的1/4或其奇數(shù)倍時，電磁波E1與E2彼此干涉相消，實現(xiàn)對電磁波的吸收，表現(xiàn)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(yīng)的吸波材料厚度，λ和λ0分別為電磁波在真空與介質(zhì)（空氣）中的波長，εr為吸波材料的相對復(fù)介電常數(shù)（εr=ε'-jε''），μr為吸波材料的相對復(fù)磁導(dǎo)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(zhuǎn)化為其他形式的能量Eloss耗散掉，以實現(xiàn)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(shù)途徑：1）當(dāng)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(nèi)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(dāng)電磁波入射到吸波材料內(nèi)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(nèi)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(shù)，μr為吸波材料的相對磁導(dǎo)率，ε0為自由空間介電常數(shù)，μ0為自由空間磁導(dǎo)率。

由上式可知，當(dāng)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(tài)，電磁波完全進入到吸波材料內(nèi)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(xué)方式對吸波材料進行改性，盡可能地使εr與μr二者在數(shù)值上接近。但對于當(dāng)前較常用的吸波材料，εr、μr的數(shù)值差別比較大，且二者的數(shù)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(tài)在實際操作中難以實現(xiàn)，只能在盡可能寬的電磁波頻譜內(nèi)使二者接近，加強吸波材料的工作范圍。

另外，吸波材料應(yīng)具備較大的電磁損耗能力，才可以將入射到吸波材料內(nèi)部的電磁波耗散掉。相對復(fù)介電常數(shù)（εr=ε'-jε''）和相對復(fù)磁導(dǎo)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(fā)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(jù)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(dāng)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(zhì)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(dǎo)率有關(guān)，吸波材料內(nèi)部的電子與載流子會在外界入射電磁波的激發(fā)下產(chǎn)生渦流，電磁波能量從而轉(zhuǎn)化為熱能。電介質(zhì)型吸波材料主要靠介質(zhì)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(zhì)會發(fā)生弛豫過程從而引起極化。電介質(zhì)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(shù)，ε0為真空介電常數(shù)，ε∞為高頻極限下的相對介電常數(shù)。由上述兩個公式可以得到ε′和ε″的關(guān)系：

當(dāng)ε′-ε″曲線為半圓時，稱為Cole-Cole圓，對應(yīng)一個狄拜弛豫過程，代表該吸波材料發(fā)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(zhuǎn)動會引起磁感應(yīng)強度隨著磁場強度的變化而變化，但磁感應(yīng)強度與磁場強度的變化存在滯后效應(yīng)，會導(dǎo)致電磁波能量損耗即磁滯損耗。當(dāng)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(yīng)，即弱磁場中磁滯效應(yīng)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(shù)，Hm為外加磁場幅值，f為外加磁場頻率。

2）渦流損耗

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，鐵磁體受到外加交變磁場的作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流）。因鐵磁體內(nèi)部有電阻存在，渦電流會產(chǎn)生熱量，造成的電磁波能量損耗即渦流損耗?？梢愿鶕?jù)趨膚效應(yīng)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(dāng)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(fā)生振動。當(dāng)外加交變磁場的頻率等于疇壁振動的固有頻率時會發(fā)生共振即疇壁共振。通常情況下疇壁共振發(fā)生的頻率范圍在1MHz～100MHz內(nèi)。

4）自然共振

自然共振是鐵磁共振的一種特殊形式。數(shù)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(fā)生自然共振。根據(jù)鐵磁共振理論，自然共振頻率與磁晶各向異性場相關(guān)，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(xiàn)狀

隨著導(dǎo)引頭技術(shù)發(fā)展，各種有針對性的干擾技術(shù)應(yīng)運而生。一般可將干擾技術(shù)劃分為有源干擾和無源干擾兩類，有源干擾技術(shù)一般采用主動干擾設(shè)備發(fā)生特定的電磁波信號，對來襲精確制導(dǎo)武器進行電子干擾或壓制，這類干擾設(shè)備有能耗較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)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(shù)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(biāo)的電磁波反射特性、降低目標(biāo)與背景的電磁波反射或輻射差異等，以達到破壞精確制導(dǎo)武器探測、識別與跟蹤目標(biāo)。無源干擾技術(shù)具有多頻譜干擾、性價比高、設(shè)備簡單、使用方便、可靠性強等優(yōu)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(fù)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(fā)射后可在紅外、激光、毫米波波段產(chǎn)生多頻譜干擾。能進一步簡化裝藥結(jié)構(gòu)，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(dǎo)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(fā)展來看，膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導(dǎo)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(jīng)濟環(huán)保、干擾效果好等優(yōu)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(yīng)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(jié)構(gòu)，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(zhì)劇烈分解，產(chǎn)生大量氣體，使垂直于石墨層方向的石墨層間鍵發(fā)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(yīng)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(nèi)外研究者多采用化學(xué)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(xù)加熱十幾秒甚至更長時間，設(shè)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(shè)備復(fù)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(yīng)用中加熱法具有一定的限制。

2）燃燒法。通過燃燒型發(fā)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(fù)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(xù)的干擾煙幕。

3）爆炸分散型瞬時膨化法。在化學(xué)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(tài)較完整，且能借助爆炸過程在指定區(qū)域分散，瞬時形成大面積的干擾煙幕。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，從目標(biāo)收到預(yù)警信號到做出應(yīng)戰(zhàn)反應(yīng)，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(lǐng)域的應(yīng)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(fù)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(yè)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(fù)合材料。樣品在1mm厚度下可以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fù)合材料。然后將其引入聚乙烯中，研究了材料的吸波性能。發(fā)現(xiàn)膨脹石墨和磁性鐵顆粒在聚乙烯中的質(zhì)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(fù)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(fù)合的夾層微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)CNT/EG/BF復(fù)合材料的最大吸收損耗可達45.8dB，在2GHz～18GHz的頻率范圍內(nèi)，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(jié)構(gòu)，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(xué)氣相沉積法、外延生長法、水熱法、溶劑熱法、電化學(xué)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(jié)構(gòu)，長徑比較大。碳納米管的主要制備方法有化學(xué)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(nèi)部以石墨微晶結(jié)構(gòu)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(qū)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(dǎo)電性能外，還具有質(zhì)量輕、易加工、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫等優(yōu)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(yōu)良的導(dǎo)電性能。石墨烯、碳納米管與碳纖維比表面積大、導(dǎo)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(yōu)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(zhuǎn)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(xué)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(zhì)量比為3.5的復(fù)合材料，對8GHz～12GHz電磁波的最大吸收為91.9dB。

Yan［23］等在反應(yīng)釜中使用高壓固相成型方法制備了rGO/聚苯乙烯（PS）復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)rGO/PS復(fù)合材料的吸波性能與PS粒徑大小密切相關(guān)，當(dāng)PS粒徑為1mm時，在8GHz～12.5GHz下的吸收能力為12.0dB；當(dāng)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(fù)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(dǎo)率為2100S·m-1，在8GHz～12GHz下的吸收最高達到80dB。

Chen［26］等使用化學(xué)氣相滲透法制備了碳纖維/碳化硅復(fù)合纖維，當(dāng)碳化硅含量為21.5vol%時，復(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(xiàn)聚合物的導(dǎo)電，導(dǎo)電聚合物具有低密度、易加工、電導(dǎo)率可調(diào)、阻抗匹配性好的優(yōu)點。導(dǎo)電聚合物主要的制備方法有化學(xué)氧化法和電化學(xué)法，均為陽離子聚合。未改性的導(dǎo)電聚合物是電損耗型吸收劑，一般對其摻雜、復(fù)合改性調(diào)控電磁參數(shù)（與磁損耗材料復(fù)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(dǎo)率、介電常數(shù)、吸波性能的影響，發(fā)現(xiàn)薄片PANI的介電性能和吸波性能均優(yōu)于纖維、球形PANI。當(dāng)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(fù)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(jié)構(gòu)復(fù)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(lián)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(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)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(huán)境中制備PPy，再將PANI包覆在PPy表面，制備了粒徑400nm～450nm的復(fù)合材料小球，當(dāng)PPy含量為40wt.%時在11GHz～13.5GHz的波段內(nèi)吸波大于9dB。

Li［32］等在碳化硅表面修飾 PANI，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的熱穩(wěn)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(tài)物質(zhì)，具有低密度、高比表面積、高導(dǎo)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(fù)合后可在較寬的電磁頻譜內(nèi)實現(xiàn)較強的吸收性能，是一種理想的超黑材料［33］。關(guān)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(dǎo)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(tài)物質(zhì)，由被電離的原子及原子團組成，是獨立于固、液、氣態(tài)之外的一種物質(zhì)狀態(tài)，因其主要由帶電離子與自由電子組成，導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)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(zhuǎn)化為電子的熱運動，實現(xiàn)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(chǎn)生等離子體等獨特的優(yōu)勢，但因等離子體吸波技術(shù)較為前沿，存在著一系列尚未解決的科學(xué)與技術(shù)問題，現(xiàn)階段等離子體吸波技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)對L波段雷達實現(xiàn)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(shù)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(fā)現(xiàn)可以通過改變等離子體的碰撞頻率和電子密度來調(diào)控其吸波性能。

Zhang［39］等對紅外超材料結(jié)構(gòu)激發(fā)的表面等離子體激元結(jié)構(gòu)的吸波性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)表面等離子體激元結(jié)構(gòu)可將紅外導(dǎo)引頭工作的3μm～5μm、7.5μm～14μm 波段輻射能量轉(zhuǎn)移到 5μm～7.5μm波段內(nèi)發(fā)射，可有效降低裝備紅外輻射信號，干擾紅外導(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(yōu)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(fā)現(xiàn)，國外公開報道膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維與導(dǎo)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(shù)文獻中可發(fā)現(xiàn)國外相關(guān)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(dǎo)電聚合物等新材料的研究，并已經(jīng)取得了一定的進展，其目的明顯是服務(wù)于軍事應(yīng)用的。

5 結(jié)語

隨著多模復(fù)合精確制導(dǎo)技術(shù)的快速發(fā)展，各國列裝了一批先進精確制導(dǎo)武器，戰(zhàn)場目標(biāo)的生存能力受到了巨大威脅和挑戰(zhàn)，實現(xiàn)對精確制導(dǎo)武器的有效干擾已是當(dāng)務(wù)之急。無源干擾材料是當(dāng)前電磁波吸波、屏蔽領(lǐng)域的研究熱點，具有效費比高、設(shè)備簡單、使用方便等優(yōu)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(dǎo)電聚合物等新材料的應(yīng)用，可彌補傳統(tǒng)無源干擾材料存在的缺點。本文系統(tǒng)地總結(jié)了近十年來這些新材料在吸波領(lǐng)域的工作，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)前使用其作為吸波材料對精確制導(dǎo)武器進行有效干擾已成為新的研究熱點，得到科學(xué)界的廣泛關(guān)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(guī)?；苽浼夹g(shù)、工藝研究；

2）膨脹石墨、碳氣凝膠材料滯空時間、煙幕連續(xù)性研究；

3）磁損耗改性調(diào)控電磁參數(shù)導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料研究；

4）等離子體電磁參數(shù)仿真與發(fā)生設(shè)備設(shè)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(dǎo)電聚合物等在上述研究方向仍存在一些挑戰(zhàn)，這些研究方向的工作不僅會推動對抗精確制導(dǎo)武器的進展，在電磁屏蔽、電磁防護等軍民領(lǐng)域也會發(fā)揮重要作用。