低红外发射率材料研究进展
2015-04-03张伟钢徐国跃薛连海
张伟钢,徐国跃,薛连海
低红外发射率材料研究进展
张伟钢1,2,徐国跃2,薛连海1
(1. 滁州学院 材料与化学工程学院,安徽 滁州 239000;2. 南京航空航天大学 材料科学与技术学院,江苏 南京 211106)
低红外发射率材料是目前公认的可实现飞行器红外隐身的特种功能材料。现已报道了纳米复合薄膜、单层(多层)膜结构材料、树脂/金属复合涂层、树脂/半导体复合涂层、核壳结构材料等多种类型的低红外发射率材料。介绍了上述低红外发射率材料的优缺点及最新研究进展,指出低红外发射率涂层的理论研究、红外与激光兼容隐身材料、树脂/半导体复合涂层及红外光谱选择性低发射率涂层是未来的重点研究方向。
低红外发射率材料;纳米复合薄膜;单层(多层)膜结构材料;树脂/金属复合涂层;树脂/半导体复合涂层;核壳结构材料
0 引言
飞行器在飞行过程中由于发动机及气动加热使目标辐射大量的红外线,其中大部分辐射能被大气吸收,但处于大气窗口波段(3~5mm及8~14mm)的红外辐射由于无法被大气衰减而容易被红外探测器所捕获,导致目标暴露而被敌方武器所摧毁。因此实现目标的红外隐身以提高飞行器战地生存能力及战斗力具有重要的战略意义。
降低目标红外辐射能量是实现飞行器红外隐身的关键,目标的红外辐射能量可由斯蒂芬-波尔兹曼定律表示[1]:=04,式中:为目标的红外发射率;0为斯蒂芬-波尔兹曼常数;为目标的表面温度。可知,通过降低目标的红外发射率或表面温度可有效降低目标的红外辐射能量,从而实现目标的红外隐身。采用降低目标表面温度的方法往往需要引入较多其它材料或设备,不但会大大增加目标自重而影响目标作战性能,而且引入的材料和设备受目标几何形状限制明显,且是以损失动力为代价。可见采用低红外发射率材料以降低目标红外发射率是实现目标红外隐身的最行之有效的方法。
目前,有关低红外发射率材料研究较多的包括纳米复合薄膜[2]、单层(多层)膜结构材料[3]、核壳结构复合材料[4]及有机无机复合涂层材料[5]等,上述材料类型各有特点。本文将重点对上述各类低红外发射率材料优缺点、近年来的研究进展及未来的发展趋势进行系统的分析和探讨。
1 低红外发射率材料研究进展
1.1 纳米复合薄膜
我国东南大学有关课题组在该领域研究中处于国内领先地位,其在材料功能特性,即低红外发射率性能指标方面已取得了重大突破,代表性成果主要包括:Zhang F. Y.等[2]以壳聚糖(CS)、魔芋葡甘聚糖(KGM)及CdS为原料,采用一步法制备了CS/KGM/CdS有机-无机复合纳米薄膜。采用IR、TEM、SEM及红外发射率测试仪对薄膜的性能进行了表征。结果表明,Cd2+和CS/KGM反应12h后形成了树枝状结晶的CdS,其平均粒径为40nm,在CS/KGM体系中分布良好。所制备薄膜同样具有很低的红外发射率,当CdS颗粒粒径在10~20 nm,CdS与CS & KGM总量的摩尔比为1:1时,复合薄膜的红外发射率可低至0.011。Lin B. P.等[6]以聚酰亚胺与串状纳米BaTiO3颗粒为原料制备了聚酰亚胺/BaTiO3纳米复合薄膜,BaTiO3添加量越高所形成的薄膜越均匀,而薄膜的红外发射率与BaTiO3添加量并不成线性关系,当BaTiO3添加量为14.7%()时,薄膜在8~14 µm波段发射率最低可达0.574。随后他们又以聚酰亚胺与类球状介孔SiO2颗粒为原料制备了聚酰亚胺/介孔SiO2复合薄膜,该膜由于相分离而成条带状结构,其红外发射率与SiO2添加量关系很大,薄膜在8~14 µm波段发射率最低可达0.356[7]。
上述研究成果表明,纳米复合薄膜的低红外发射率性能主要取决于其中的无机纳米颗粒,以CdS为无机纳米颗粒所制备的纳米复合薄膜具有极低的红外发射率。另外,由于纳米颗粒的高表面能特性,如何使其在薄膜中均匀分散也会明显影响薄膜的功能特性。然而,目前有关低红外发射率纳米复合薄膜的研究主要集中于其功能特性,而有关薄膜的力学性能、耐腐蚀性能、耐候性能及耐温性能等工程应用性能方面的研究还是空白。可见,低红外发射率纳米复合薄膜的研究目前还处于实验室研究阶段,离工程化应用还有较长的路要走。
1.2 单层(多层)膜结构材料
此类低红外发射率材料主要采用物理气相沉积技术,比如磁控溅射技术,将金属或介质材料沉积到基体材料表面形成单层或多层薄膜结构,利用所形成单层或多层薄膜结构对红外光的强反射作用而使其实现低红外发射率特性。此类材料具有发射率低、材料性能稳定的特点,但受制备技术的限制而较难在面积大或结构复杂的工件表面进行此类低红外发射率材料的沉积,这在一定程度上影响了其规模化应用。近年来的代表性研究成果如下所述。
1.2.1 单层膜结构材料
Mohelnikova J.[8]系统研究了沉积在玻璃表面上的Al、Ag、Au及Cu薄膜的红外光学特性,发现各种金属薄膜均具有极低的红外发射率,当薄膜厚度低于10nm后具有较高的可见光透过率,在金属薄膜表面再沉积上一定厚度的TiO2、SnO2、SiO2等介质层后可明显提高薄膜对可见光的透过率。此类薄膜材料可用到窗户玻璃上,起到室内控温的同时又不影响室内采光。Yuste M.等[9]采用磁控溅射技术沉积了TiN薄膜,研究了薄膜光学性能与其结构和形貌间的关系。发现通过改变N2浓度及薄膜厚度可控制薄膜的微观结构,同时薄膜的红外发射率可随厚度的增加而明显降低,但也会使可见光的透过率下降。Kato K.等[10]采用磁控溅射技术在ZnO基底上沉积了Ag膜,并对其电学性能、光学性能与结构间关系进行了系统的研究。结果表明,当Ag膜具有低电阻率和光滑表面时,其对可见光及近红外光具有低吸收高透过性能,对中远红外光具有低发射率性能。Huang Z. B.等[11]采用磁控溅射技术在Ni合金基板上沉积了Pt膜,经600℃热处理150 h,薄膜在3~14mm波段的平均发射率可低至0.1。同时还发现,Pt膜在600℃下随退火时间的增加,Pt颗粒粒径增大,电阻率降低,从而可使薄膜的红外发射率降低。另外,对Pt膜进行表面和断面化学分析表明,其经600℃处理150 h后在薄膜表面无明显氧化物产生,表明在光滑Ni合金基板上沉积的Pt膜在600℃具有良好的抗氧化性能。随后他们又采用磁控溅射技术在Ni合金基板上沉积了可用于高温环境的低红外发射率Au膜,研究了基板不同粗糙度对Au膜性能的影响。结果表明,基板粗糙度对Au膜的红外发射率具有重要影响,经600℃热处理后,在低粗糙度上沉积的Au膜的红外发射率基本没有升高,而在高粗糙度上沉积的Au膜的红外发射率升高很明显。并将上述性能变化的成因归结为增加粗糙度不仅会降低有效表面反射面积,还会破坏Au膜的完整性,从而使其发射率升高[12]。Zhu D. M.等[13]在不同热处理温度下制备了不同Al浓度的ZnO:Al(AZO)薄膜,研究发现,薄膜中的AZO主要成六边形和圆形颗粒,随退火温度从600℃增至800℃,AZO颗粒尺寸增大,结构逐渐变规整;另外,AZO薄膜的电阻率会随Al浓度的增大而降低。AZO薄膜电阻率的降低与结构的变规整会使薄膜的红外发射率降低,最低可达0.505。Sun K. W.等[14]采用直流磁控溅射技术在温度为100℃~400℃的玻璃基板上沉积了ITO薄膜,对薄膜从室温~350℃的升温及降温过程中8~14mm波段的红外发射率进行了系统研究。结果表明,在热处理过程中,薄膜在升温过程的红外发射率随热处理温度的升高而升高,降温过程的红外发射率随热处理温度的降低而降低。热处理前后,薄膜晶相无明显变化,但所有薄膜的电阻率及红外发射率均明显降低,其原因为晶体颗粒边界的吸附氧经热处理后得到了解吸。所有样品在热处理前后发射率均低于0.3,其中基板温度为400℃时所制备的薄膜,其发射率可从热处理前的0.16~0.17下降为热处理后的0.11~0.12。Liu X. X.等[15]采用电解电镀工艺制备了Ni-P-CB(碳黑)纳米复合涂层,发现CB的掺入可大大提高涂层的电导率,从而使涂层红外发射率明显降低,Ni-P-CB纳米复合涂层在8~14mm波段的发射率可低至0.303。
1.2.2 多层膜结构材料
Huang Z. B.等[16]采用磁控溅射技术在Au膜和合金基板间沉积了200 nm厚的Ni膜以改进低红外发射率Au膜在高温下的耐久性。结果表明,Au/Ni多层膜在600℃下工作200h后依然保持了低发射率性能。Szczybowski J. 等[17]采用孪生磁控溅射技术在玻璃上沉积了Glass/TiO2/Blocker/Ag/ Blocker/Si3N4涂层,Ag膜的存在使上述多层膜结构具有低发射率性能;TiO2的高折射率使多层膜结构具有高可见光透过率;用孪生磁控溅射技术沉积的TiO2层有很光的表面特性,使Ag电导率得到改进,发射率得到降低;坚硬的Si3N4层的引入使多层膜结构具备出色的力学性能。Martin-Palma R. J.等[18]采用磁控溅射技术制备了SnO2/Ni-Cr/ Ag//Ni-Cr/SnO2多层膜结构,该多层膜由于具备极低的红外发射率而使其具备优良的隔热效果,同时并不改变其对可见光的强透过特性。Yuste M. 等[19]采用磁控溅射技术制备了TiO2/TiN/TiO2多层膜,发现多层膜结构中引入TiO2层可使其可见光透过率增加30%,同时可保持TiN层的低发射率性能。Rydzek M.等[20]以玻璃为基板,采用溶胶凝胶法制备了层数为11层的掺铝氧化锌(AZO)多层膜,当单层AZO厚度为45nm时,多层膜的电阻率为1.6×10-3Ω·cm,红外发射率为0.45,是玻璃基板发射率的一半,同时多层膜对可见光的透过率可达到0.86。Park S. H.等[21]采用磁控溅射技术在玻璃基板上沉积了Ag/Ta/glass多层膜结构,Ta界面层的存在可降低多层膜的电阻率及红外发射率,并提高可见光透明性。所制备多层膜Ag(9nm)/Ta(1 nm)/glass的发射率为0.08,550nm可见光的透过率为61%。并认为Ta界面层的加入可使多层膜中的Ag层更致密,表面更光滑,从而实现上述性能。
1.3 树脂/金属复合涂层
树脂/金属复合涂层主要以聚氨酯(PU)、三元乙丙橡胶(EPDM)、酚醛树脂、环氧树脂等为树脂基体,铝粉、铜粉等金属颜料为填料制备而成。具有红外发射率低、制备工艺简单、施工方便、不受目标表面形状限制等突出优点,其缺点在于使用金属粉往往使涂层的耐腐蚀及耐温性能相对较差,这在一定程度上影响了涂层的使用寿命。目前有关树脂/金属复合涂层的研究在关键功能性指标(红外发射率)上已取得重大突破,已能制备出发射率低至0.1的复合涂层。在此基础上,有关树脂/金属复合涂层的工程应用性能方面的研究也日益引起人们的重视,这为此类功能涂层材料的工程化应用打下了坚实基础。
1.3.1 树脂/金属复合涂层的红外发射率
树脂/金属复合涂层的红外发射率主要受金属颜料种类、添加量、形状,树脂粘合剂种类等因素影响,同时固化温度、涂料粘稠度、表面粗糙度等工艺参数也会明显影响所制备涂层的发射率性能。
Yu H. J.等[22]研究了Cu粉颗粒的尺寸、形状及漂浮性对EPDM/Cu复合涂层红外发射率的影响。结果表明:当Cu粉颗粒的尺寸为几微米、片状、高漂浮性时,EPDM/Cu复合涂层的发射率最低;漂浮性对涂层发射率的影响最显著,而非尺寸和形状;并认为由漂浮性颜料制备的涂层由于孔隙率低,从而使涂层对红外辐射的吸收降低,反射加强,最终使发射率降低。另外,他们又通过在聚氨酯基体中添加偶联剂,以铜粉为颜料制备得到了发射率可低至0.1的PU/Cu复合涂层[23]。并系统研究了Cu粉含量、表面粗糙度、涂层厚度及温度等因素对红外发射率的影响。结果表明:随着Cu粉含量的增加及涂层厚度的升高发射率明显降低;表面光滑的涂层要比表面粗糙的涂层发射率低;另外,还发现涂层发射率随着温度的升高呈U型变化,在380K时发射率最低。潘卓等[24]以铝粉为填料,各种树脂为粘合剂,讨论了填料用量、粘合剂种类、涂层厚度等对涂层发射率的影响。结果表明:片状铝粉所制备涂层发射率低于其它样品;随填料用量增加,涂层发射率下降,但涂层力学性能也有所下降;当涂层厚度为30~100μm之间时,随着涂层厚度的降低,发射率随之下降;刷涂的样品表面较光滑,发射率低,且物理性能好,喷涂的样品表面相对粗糙,发射率较高,且物理性能相对较差;涂层的发射率主要取决于约35~40mm厚的表面层,当涂层厚度小于此值时,发射率与基体的性能和粗糙度有关,当涂层厚度达到160~170μm后,涂层厚度对其发射率不再有影响。李正浩等[25]以三元乙丙橡胶为粘合剂,漂浮性片状铝粉为颜料,采用流延自成膜法制备了低红外发射率涂层。重点研究了稀释剂种类对涂层发射率的影响。结果表明,以二甲苯为溶剂时,涂层发射率较高为0.686;以环己烷为稀释剂时,铝粉在涂料中可表现出更好的漂浮性,相应涂层发射率可低至0.358。白韶军[26]等提出了热红外复合隐身涂层的设计方案,即同时控制涂层表面温度与8~14mm波段红外发射率。发现以铝粉、氧化铟锡和相变微胶囊为填料所制备的复合涂层在8~14mm波段的红外发射率分别为0.236和0.478,相变微胶囊的引入使涂层在相变区间内有一定的降温效果。
Le Y. 等[27]以片状铝粉为颜料,3种树脂为粘合剂制备了3种低红外发射率涂层。系统研究了树脂粘度对颜料分布、涂层表面形貌及红外发射率的影响。结果表明,在相同制备条件下,树脂粘度可通过影响铝粉的分布及涂层表面形貌而严重影响涂层的发射率。低树脂粘度有利于颜料在涂层表面聚集并降低表层树脂层的厚度,从而明显降低涂层发射率。丁儒雅等[28]以环氧改性有机硅为粘合剂,铝粉为颜料,制备了低红外发射率复合涂层。系统研究了固化温度对涂层发射率、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明,固化温度为180℃时,涂层发射率可低至0.1,同时具备优良的力学性能与耐腐蚀性能。其原因在于180℃下固化的涂层界面结合良好,致密度高,从而使涂层表现出优异的综合性能。
1.3.2 树脂/金属复合涂层的工程应用性能
就涂层材料而言,不但要求具备突出的功能特性,为满足工程应用要求,涂层还必须具备优良的力学、耐温及耐腐蚀性能。为此,除有关涂层红外发射率性能研究外,众多学者也对树脂/金属复合涂层的力学、耐温及耐腐蚀等工程应用性能开展了卓有成效的研究。
陈慧敏等[29]以铝粉为填料,环氧改性有机硅树脂为粘合剂制备了发射率低至0.1的复合涂层,研究了分散剂、滑石粉及固化时间对涂层力学性能的影响。结果表明:当滑石粉添加量为2%(),分散剂加入量为2%(),热处理温度为200℃条件下制得的涂层能在保持低发射率的同时具备最佳的力学性能。王雅君等[30]研究了固化温度对环氧改性有机硅/Al复合涂层耐腐蚀性能的影响及其机理。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、耐人工加速老化及耐湿热腐蚀时间均能达到2000 h,基本满足工程应用要求。固化温度为200℃时,涂层的固化度最适合,涂层交联度最佳,使涂层树脂基体与颜料间结合紧密,涂层致密度高,耐腐蚀性能最佳。Shao C. M. 等[31]以铜粉为颜料,EPDM及马来酸酐改性三元乙丙橡胶(EPDM-G-MAH)为粘合剂制备了低红外发射率复合涂层。采用动电位极化技术及电化学交流阻抗谱对涂层在3.5%()NaCl水溶液中的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,通过MAH对EPDM的接枝改性使Cu和EPDM间的界面作用得到了改进,提高了涂层的致密性并降低了涂层对腐蚀离子的渗透性,从而使涂层在具备低发射率的前提下同时具备优良的耐腐蚀性能。Wang Y. J.[32]等以铜粉为颜料,4种具有不同接枝基团的聚氨酯树脂(PU、EPU、FPU、EFPU)为粘合剂制备了8~14mm波段红外发射率低至0.1的复合涂层。采用盐雾测试技术研究了涂层的耐腐蚀性能。结果表明,不同接枝基团对涂层的耐盐雾腐蚀性能具有重要影响,EFPU由于具有环氧基团及F原子而使涂层具有最优的耐盐雾腐蚀性能。Yan X. X. 等[33]以聚氨酯为粘合剂,Al粉为颜料制备了低红外发射率涂层。系统研究了涂层的力学性能与耐腐蚀性能。结果表明,涂层力学性能与Al粉含量呈U型关系,在Al粉含量为40 wt%时具有最优的附着力与耐冲击强度。另外,随着Al粉含量的增加,涂层耐腐蚀性能略有降低,主要由涂层空隙增加所致。Wu G. W. 等[34]制备了丙烯酸树脂/聚乙烯修饰铜粉低红外发射率涂层。系统研究了涂层的发射率、力学性能与耐热老化性能。结果表明,修饰铜粉涂层的发射率要比纯铜粉涂层的发射率低,当修饰铜粉含量为20%()时,涂层具备较低的发射率和较好的力学性能。在65℃下,随老化时间的增加,涂层发射率上升并不明显,修饰铜粉有望解决铜粉氧化问题,因此在受热条件下可较长时间保持低发射率。
1.4 树脂/半导体复合涂层
相比树脂/金属复合涂层,树脂/半导体复合涂层的发射率偏高,但其具有明显优于树脂/金属复合涂层的耐环境及耐温性能,同时通过合理的填料设计可使涂层具备一定红外、雷达、激光及可见光等多频段兼容隐身效果,是目前隐身涂层材料研究的重点对象之一。
王自荣等[35]从氧化锡的掺杂量、粘合剂种类及用量等方面对以氧化铟锡为颜料制备的涂料的红外发射率进行了研究。结果表明:当氧化锡掺杂量为5%时发射率最低;环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、聚氨酯及KRATON树脂等几种树脂中,以KRATON树脂所制备涂层的发射率最低;涂层发射率随颜料用量升高而降低,当氧化铟锡添加量大于25%()后,涂层发射率不再下降。汪小舟等[36]用液液分散法制备了胶原-氧化铟纳米复合粒子,以该粒子为填料,环氧树脂为粘合剂,并加入分散剂、流平剂及消泡剂等助剂制得复合涂层。当颜料体积为0.473,涂层在8~14 μm波段的发射率可低至0.658,耐温性为348℃,且具备良好的硬度、耐磨性及附着力等工程应用性能。程从亮等[37]以纳米氧化镍包覆片状铝粉和二氧化硅粉为填料,聚氨酯为粘合剂,制备得到了红外发射率可低至0.39的浅绿色涂层。该涂层具有一定的红外与可见光、雷达兼容隐身效果。同时发现涂层的电导率、磁导率越大,涂层的红外发射率越小。Wu K. H. 等[38]以聚硅氧烷为粘合剂,碳黑为颜料制备了聚硅氧烷/碳黑复合涂层,发现该涂层具有良好的耐温和耐腐蚀性能,红外热成像分析表明该涂层具备优良的红外隐身性能。
1.5 核壳结构材料
核壳结构材料可用作低红外发射率涂层的功能颜料,其结构灵活,便于设计,具有实现红外与多频段兼容的前景。目前,我国东南大学周钰明教授课题组在该领域的研究处于国内领先地位,在制备技术及关键性能指标上均取得了较大进展。其代表性研究成果如下所述:
Bu X. H.等[39-40]制备得到了SiO2/TiO2/聚乙炔多层纳米球和聚乙炔@WO3纳米棒,其红外发射率可分别低至0.548和0.527。Shan Y. 等[41]采用接枝共聚将胶原蛋白接枝到甲基丙烯酸甲酯上形成Collagen-g-PMMA共聚物,再用溶胶凝胶法制备得到了粒径为600nm的Collagen-g-PMMA/In2O3核壳结构粒子。由于粒子的高活性及核壳间良好的界面作用而使其在8~14mm波段具有较低的红外发射率0.576。Ye X. Y.等[42]先以Ag为核,TiO2为壳制备了Ag@TiO2核壳纳米颗粒,再在其外层包覆Collagen-g-PMMA聚合物而形成Collagen-g -PMMA/Ag@TiO2核壳结构粒子。研究表明,复合粒子内聚合物与Ag@TiO2纳米粒子间的氢键使其具有强的界面结合力,从而使其在8~14mm波段具有较低的红外发射率0.496。随后,Chen J.[43]、Ye X. Y.[44]、Wang Z. Q.[45]、Yang Y.[46]等分别制备了红外发射率可低至0.538、0.512、0.434及0.512的聚氨酯/TiO2、胶原蛋白/SiO2、螺旋状聚氨酯@绿坡缕石及活性聚氨酯@ITO核壳结构粒子,并认为核壳间强的氢键及静电力作用能使核壳间具有良好的界面结合,从而使其具有较低的红外发射率。
为系统清晰展示各类低红外发射率材料的特点,作者对各类材料的材料体系、制备技术、技术特性及红外发射率列表总结如表1所示。
表1 各类低红外发射率材料的特点
2 发展趋势
树脂/金属复合涂层具备较低的红外发射率,但金属颜料对电磁波固有的强反射特性在一定程度上影响了其与多频段兼容,尤其是与激光兼容隐身的效果。通过合理的填料改性手段对金属填料进行表面改性,或在传统树脂/金属复合涂层配方中引入具有激光吸收特性的功能填料以提高涂层的激光兼容隐身性能是此类材料未来研究的一个重点方向。另外,树脂/半导体复合涂层具备优异的工程应用性能,且具备多频段兼容隐身的潜力,将是未来隐身涂层材料发展的重点,如何在保持工程应用性能前提下不断降低此类涂层的发射率及提高多频段兼容隐身效果是未来研究的关键。再者,有关树脂基隐身涂层材料配方设计、制备及性能表征等方面的实验研究较多,但相关的理论研究明显欠缺,这也将是未来有关此类材料研究的一个重点课题。最后,由于现有低红外发射率涂层均不存在红外光谱选择性特征,即在全红外波段均存在低发射率特性,这将使目标本身的热量无法有效的释放,而使目标长期处在高温下工作而影响其使用寿命,同时较高的目标表面温度还会使目标总体红外辐射强度仍然较高而无法达到最佳红外隐身效果。因此,研究红外光谱选择性低发射率涂层材料将是一个非常有前景和挑战性的课题,也必将成为该领域研究工作者的一个崭新的研究方向。
[1] 陈衡. 红外物理学[M]. 北京: 国防工业出版社, 1985: 5-104.
Chen Heng.[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1985: 5-104.
[2] Zhang F Y, Zhou Y M, Sun Y Q, et al. Preparation and characterization of Chitosan/Konjac glucomannan/Cds nanocomposite film with low infrared emissivity[J]., 2010, 45(7): 859-862.
[3] Chiba K, Takahashi T, Kageyama T, et al. Low-emissivity coating of amorphous diamond-like carbon/Ag-alloy multilayer on glass[J]., 2005, 246(1-3): 48-51.
[4] Wang Z Q, Zhou Y M, Yao Q Z, et al. Synthesis, characterization and infrared emissivity study of helical polyurethane@SiO2core-shell composite[J]., 2009, 256(5): 1404-1408.
[5] Fonseca A M, Silva C J R, Nunes N, et al. Organic–inorganic hybrid matrix doped with alkenyldiazenido complexes of molybdenum[J]., 2008, 454(1-2): 72-77.
[6] Lin B P, Liu H J, Zhang S Y, et al. Structure and infrared emissivity of silicon-containing polyimide/BaTiO3nanocomposite films[J]., 2004, 177(10): 3849-3852.
[7] Lin B P, Tang T N, Liu H J, et al. Structure and infrared emissivity of polyimide/mesoporous silica composite films[J]., 2005, 178(3): 650-654.
[8] Mohelnikova J. Materials for reflective coatings of window glass applications[J]., 2009, 23(5): 1993-1998.
[9] Yuste M, R Escobar Galindo, Sanchez O, et al. Correlation between structure and optical properties in low emissivity coatings for solar thermal collector[J]., 2010, 518(20): 5720-5723.
[10] Kato K, Omoto H, Tomioka T, et al. Visible and new infrared light absorbance of Ag thin films deposited on ZnO under layers by magnetron sputtering[J]., 2011, 95(8): 2352-2356.
[11] Huang Z B, Zhou W C, Tang X F. Effects of annealing time on infrared emissivity of the Pt film grown on Ni alloy[J]., 2010, 256(7): 2025-2030.
[12] Huang Z B, Zhou W C, Tang X F, et al. Effects of substrate roughness on infrared emissivity characteristics of Au films deposited on Ni alloy[J]., 2011, 519(10): 3100-3106.
[13] Zhu D M, Li K, Luo F, et al. Preparation and infrared emissivity of ZnO:Al(AZO) thin films[J]., 2009, 255(12): 6145-6148.
[14] Sun K W, Zhou W C, Tang X F, et al. Effect of the heat treatment on the infrared emissivity emissivity of indium tin oxide (ITO) films[J]., 2011, 257(22): 9639-9642.
[15] Liu X X, Wu C, Wang X J. Synthesis, characterization, and infrared-emissivity study of Ni-P-CB nanocomposite coatings by electroless process[J]. J, 2010, 7(5): 659-664.
[16] Huang Z B, Zhou W C, Tang X F, et al. High-temperature application of the low-emissivity Au/Ni films on alloys[J]., 2010, 256(22): 6893-6898.
[17] Szczybowski J, Brauer G, Ruske M, et al. New low emissivity coating based on TwinMag sputtered TiO2and Si3N4layers[J]., 1999, 351(1-2): 254-259.
[18] Martin-Palma R J, Vazquez L, Martinez-Duart J M. Silver-based low-emissivity coatings for architectural windows: optical and structural properties[J]., 1998, 53(1-2): 55-66.
[19] Yuste M, Escabar Galindo R, Calindo S, et al. Improving the visible transmittance of low-e titanium nitride based coatings for solar thermal applications[J]., 2011, 258(5): 1784-1788.
[20] Rydzek M, Reidinger M, Arduini-Schuster M, et al. Low-emissivity surfaces prepared by applying transparent aluminum-doped Zinc Oxide coatings via a sol-gel process[J]., 2012, 520(12): 4114-4118.
[21] Park S H, Lee K S, Sivasankar Reddy A. Low emissivity Ag/Ta/glass multilayer thin films deposited by sputtering[J]., 2011, 110: 063508.
[22] Yu H J, Xu G Y, Shen X M, et al. Effects of size, shape and floatage of Cu particles on the low infrared emissivity coatings[J]., 2009, 66(2): 161-166.
[23] Yu H J, Xu G Y, Shen X M, et al. Low infrared emissivity of polyurethane/Cu composite coatings[J].2009, 255(12): 6077-6081.
[24] 潘卓, 赵振声, 何华辉. 低红外发射率材料的研究[J]. 华中科技大学学报: 自然科学版, 2003, 31(7): 28-30.
Pan Chuo, Zhan Zhen-sheng, He Hua-hui. Study of the materials with low infrared emissivity[J].(Nature Science Edition), 2003, 31(7): 28-30.
[25] 李正浩, 酒红芳, 刘亚青, 等. 三元乙丙橡胶低红外发射率涂层的制备与表征[J]. 涂料工业, 2012, 42(1): 36-38.
Li Zheng-hao, Jiu Hong-fang, Liu Ya-qing, et al. Preparation and characterization of EPDM-based low infrared emissivity coating[J]., 2012, 42(1): 36-38.
[26] 白韶军, 张存, 杨爱弟, 等. 热红外复合隐身涂层的性能研究[J]. 激光与红外, 2009, 39(4): 386-389.
Bai Shao-jun, Zhang Cun, Yang Ai-di, et al. Research of the thermal infrared composite stealthy coating capability[J]., 2009, 39(4): 386-389.
[27] Le Y, Weng X L, Deng L J. Influence of binder viscosity on the control of infrared emissivity in low emissivity coating[J]., 2013, 56: 25-29.
[28] 丁儒雅, 徐国跃, 张伟钢, 等. 固化温度对低发射率涂层综合性能的影响[J]. 兵器材料科学与工程, 2012, 35(6): 4-7.
Ding Ru-ya, Xu Guo-yue, Zhang Wei-gang, et al. Influence of curing temperature on comprehensive properties of low infrared emissivity coatings[J]., 2012, 35(6): 4-7.
[29] 陈慧敏, 王雅君, 徐国跃, 等. 低红外发射率涂层的力学性能研究[J]. 材料科学与工艺, 2010, 18(6): 873-877.
Chen Hui-min, Wang Ya-jun, Xu Guo-yue, et al. Study on the mechanical properties of low infrared emissivity coatings[J]., 2010, 18(6): 873-877.
[30] 王雅君, 陈慧敏, 徐国跃, 等. 固化温度对有机硅基低发射率涂层耐腐蚀性能的影响[J]. 材料研究学报, 2010, 24(6): 603-609.
Wang Ya-jun, Xu Guo-yue, Chen Hui-min, et al. Influence of curing temperature on anti-corrosion properties of silicone based composite coatings with low infrared emissivity[J]., 2010, 24(6): 603-609.
[31] Shao C M, Xu G Y, Shen X M, et al. Infrared emissivity and corrosion-resistant properties of maleic anhydride grafted ethylene - propylene- dieneter- polymer (EPDM- g-MAH)/ Cu coatings[J]., 2010, 204(24): 4075-4080.
[32] Wang Y J, Xu G Y, Yu H J, et al. Comparison of anti-corrosion properties of polyurethane based composite coatings with low infrared emissivity[J]., 2011, 257(10): 4743-4748.
[33] Yan X X, Xu G Y. Corrosion and mechanical properties of polyurethane/Al composite coatings with low infrared emissivity[J]., 2010, 491(1-2): 649-653.
[34] Wu G W, Yu D M. Preparation of a novel infrared low-emissive coating from the Cu powder modified by the polyethylene wax[J]., 2012, 55(1): 26-31.
[35] 王自荣, 余大斌, 於定华, 等. ITO涂料在8~14μm波段红外发射率的研究[J]. 红外技术, 1999, 21(1): 41-45.
Wang Zi-rong, Yu Da-bin, Yu Ding-hua, et al. Infrared emittance of paints with ITO pigments in 8-14μm waveband[J]., 1999, 21(1): 41-45.
[36] 汪小舟, 周钰明, 韩凤俊, 等. 胶原-In2O3纳米复合低红外发射率涂料的制备及性能研究[J]. 涂料工业, 2006, 36(8): 40-43.
Wang Xiao-zhou, Zhou Yu-ming, Han Feng-jun, et al. Preparation and characterization of Collagen/Indium Oxide Nanocomposite based low IR emissivity coatings[J]., 2006, 36(8): 40-43.
[37] 程从亮, 李萍. 聚氨酯涂料红外发射率性能研究[J]. 激光与红外, 2007, 37(10): 1067-1070.
Cheng Cong-liang, Li Ping. Study on infrared emittance property of polyurethane coatings[J]., 2007, 37(10): 1067-1070.
[38] Wu K H, Chang Y C, Yang C C, et al. Synthesis, infrared stealth and corrosion resistance of organically modified silicate- polyaniline/ carbon black hybrid coatings[J]., 2009, 45(10): 2821-2829.
[39] Bu X H, Zhou Y M, He M, et al. Optically active SiO2/ TiO2/ polyacetylene multilayered nanospheres: Preparation, characterization, and application for low infrared emissivity[J]., 2014, 288: 444-451.
[40] Bu X H, Zhou Y M, He M, et al. Fabrication and characterization of optically active polyacetylene @WO3nanorodhybrids with low infrared emissivity[J]., 2014, 120: 239-242.
[41] Shan Y, Zhou Y M, Cao Y, et al. Preparation and infrared emissivity study of collagen-g-PMMA/In2O3nanocomposite[J]., 2004, 58(10): 1655-1660.
[42] Ye X Y, Zhou Y M, Chen J, et al. Synthesis and infrared emissivity study of collagen-g-PMMA/Ag@TiO2composite[J]., 2007, 106(2-3): 447-451.
[43] Chen J, Zhou Y M, Nan Q L, et al. Synthesis, characterization and infrared emissivity study of polyurethane/TiO2nanocomposites[J]., 2007, 253(23): 9154-9158.
[44] Ye X Y, Zhou Y M, Sun Y Q, et al. Structure and infrared emissivity of collagen/SiO2composite[J]., 2008, 254(18): 5975-5980.
[45] Wang Z Q, Zhou Y M, Sun Y Q. Preparation, characterization and infrared emissivity study of Attapulgite@helical polyurethane composites[J]., 2009, 19(2): 202-207.
[46] Yang Y, Zhou Y M, Ge J H, et al. Optically active polyurethane @indium tin oxide nanocomposite: preparation, characterization and study of infrared emissivity[J]., 2012, 47(9): 2264-2269.
Research Progress of Low Infrared Emissivity Materials
ZHANG Wei-gang1,2,XU Guo-yue2,XUE Lian-hai1
(1.,,239000,; 2.,,211106,)
Low infrared emissivity material is now recognized as a special functional material which can achieve infrared stealth for aircraft. Several kinds of low infrared emissivity materials, such as nanocomposite films, mono(multi) layer structural materials, resin/metal composite coatings, resin/semiconductor composite coatings, and core-shell structural materials have been reported. The advantages, disadvantages, and the latest research progress of the above low infrared emissivity materials are introduced. Then, it is pointed out that theoretical studies of low infrared emissivity coatings, infrared and laser compatible stealth materials, resin/semiconductor composite coatings, and infrared spectrally selective low emissivity coatings are the key directions for future research.
low infrared emissivity materials,nanocomposite films,mono(multi) layer structural materials,resin/metal composite coatings,resin/semiconductor composite coatings,core-shell structural materials
E952. 2
A
1001-8891(2015)05-0361-07
2014-11-03;
2014-11-27.
张伟钢(1982-),男,博士,主要从事红外隐身材料方面的研究。E-mail:abczwg15@163.com。
国家自然科学基金,编号:51173079;安徽省教学质量工程项目,编号:20101035,2013tszy034。