无源干扰材料在对抗精确制导武器中的应用进展*

李笑楠 李天鹏 高欣宝

（陆军工程大学石家庄校区弹药工程系 石家庄 050003）

1 引言

从精确制导技术的提出发展到现在，随着基础电子技术、探测技术、信号处理理论、控制理论以及大规模集成电路技术等的不断发展，精确制导武器已经从单一制导体制逐步发展为多模复合制导，一系列先进精确制导武器得到了列装，以满足战场目标打击的各种需要，战场目标的生存能力受到了巨大威胁。作为无源攻防对抗的另一方，无源干扰材料主要通过化学燃烧或爆炸分散在保护目标与精确制导武器的路径上形成气溶胶或烟幕云团，通过减少入射电磁波的信号强度、改变保护目标的电磁波反射特性、降低保护目标与背景的电磁波反射或辐射差异等达到遮蔽和保护我方目标的目的。

本文对当前外军现役装备导引头进行了系统的分类和归纳，介绍了无源干扰材料吸收电磁波机理与近10年来无源干扰材料在对抗精确制导武器中的应用进展，探讨当前存在的问题，分析膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维与导电聚合物等新材料在无源干扰中的应用，并展望了新型无源干扰材料在干扰多模导引头中的应用前景和发展趋势。

2 外军现役装备导引头技术现状

导引头具有自主搜索、截获与跟踪辐射源的功能，是精确制导武器上的核心部件。精确制导武器通过安装在导引头上的陀螺仪和加速度计测量飞行器偏离目标弹道的失调参数，根据适当的导引律利用失调参数形成控制指令，将控制指令传递给弹上控制机构以控制和稳定飞行器飞行，以实现精确打击［1］。导引头技术的进步是精确制导武器变革的重要标志之一，世界各军事强国对推动导引头技术发展的研究均极为重视［2］。随着光电技术与信号处理技术的不断发展，导引头工作的波段已经广泛地覆盖了可见光、红外、紫外、毫米波、激光，同时多模复合制导已经成为新一代精确制导技术发展的主流。

我军当前各方向各领域军事斗争准备中，面临的主要是美制武器装备，对美军现役精确制导武器导引头及观瞄设备的情报、文献追踪发现，其末制导主要采用了红外导引头、激光导引头、雷达导引头及多模导引头，另外还有少数导弹使用电视制导导引头及紫外导引头。通过在美国军用火箭与导弹目录（Directory of U.S.Military Rockets and Mis⁃siles，http：//www.designation-systems.net/dusrm/in⁃dex.html）以及美国科学家联合会（Federation of American Scientists，https：//fas.org）中检索，在表 1中总结了美军现役制导武器型号、用途及制导方式等信息。

表1 美军现役先进精确制导武器

在现役先进导引头中中，红外导引头主要工作在 3μm～5μm及8μm～12μm波段，能透过烟、尘、雨、雾、树丛等障碍实现对目标的全天候探测；关于激光导引头主要工作波段的研究报道不多，检索到的文献较少，目前已知JDAM可采用1.06μm及10.6μm波段的激光导引头进行末制导，其他大部分激光导引头工作在0.5μm～1μm，其优点是制导精度较高、目标分辨率高、结构简单；毫米波导引头工作波段为1mm～10mm，主要工作在3mm及8mm波段，其抗干扰能力强，低仰角探测特性好，对目标形状细节敏感，且跟踪精度高；电视制导主要工作在可见及红外波段，一般用于人在回路的巡航导弹及JDAM上，在防空、反坦克导弹上应用不多；紫外导引头主要用于单兵防空导弹，工作在0.3μm～0.55μm的紫外波段，通过探测太阳光中的紫外线来辅助识别、区分红外诱饵和目标，在其他类型导引头中应用不多，紫外导引头常与红外导引头复合使用，组成紫外/红外双色导引头。

随着干扰技术的发展，采用传统单一制导模式的导引头极易受到干扰，无法发挥出精确制导武器的作战效能。多模复合制导技术对当前战场的复杂干扰环境适应性较好，导引头采用多模复合制导技术探测目标时，红外、激光、毫米波等导引头由于工作在不同波段、可利用不同信息而具有互补优势。多模复合导引头针对不同波段的无源或有源干扰可分别发挥其技术优势，实现对战场目标的精确打击，已经成为当前新一代精确制导技术发展的主流。

当前西方发达国家正大力推进着一系列科研工作来改良精确制导武器的导引头，随着科研工作的进行，已研发、列装了一些先进导引头与精确制导武器，其中包括：不需要高度冷却的光学导引头、广谱红外导引头、主动激光导引头、共形相控阵雷达导引头等。战场目标的生存能力受到了巨大威胁和挑战。研发更加有效的干扰技术，保护己方目标，提高其生存能力，已经成为一项非常重要的工作。

3 无源干扰材料吸波机理

根据电磁波吸收的原理与作用机制，可将无源干扰材料应用于电磁波吸收的机理分为干涉与吸收两种，图1为电磁波吸收机理的模型。

图1 无源干扰材料应用于电磁波吸收模型

无源干扰材料干涉电磁波的原理是电磁波干涉相消，根据电磁波损耗理论［3］，当入射电磁波E0垂直入射进吸波材料时，由于吸波材料与介质（一般为空气）无法达到阻抗匹配状态，部分电磁波（前界面反射E1）被反射回空气中，另一部分电磁波入射到吸波材料内部。入射到吸波材料内部的一部分电磁波会因内部损耗（内部损耗Eloss）而在内部传输的过程中耗散，另一部分电磁波（后界面反射E2）到达材料后界面时会被反射回空气中。当吸波材料的厚度为电磁波波长λ的1/4或其奇数倍时，电磁波E1与E2彼此干涉相消，实现对电磁波的吸收，表现为吸波曲线中的反射损耗峰。吸波材料的厚度可以用四分之一波长模型计算［4～5］：

式中，fm为反射损耗峰位，tm为反射损耗峰位对应的吸波材料厚度，λ和λ0分别为电磁波在真空与介质（空气）中的波长，εr为吸波材料的相对复介电常数（εr=ε'-jε''），μr为吸波材料的相对复磁导率（μr=μ'-jμ''）。

吸收电磁波主要依靠吸波材料将入射电磁波E0转化为其他形式的能量Eloss耗散掉，以实现电磁波的衰减。为了使电磁波在吸收过程中尽最大可能被耗散，主要依靠两个技术途径：1）当入射电磁波E0入射到吸波材料表面时，使其全部或大部分进入吸波材料内部，减少反射回到空气中的电磁波，提高吸波材料的阻抗匹配；2）当电磁波入射到吸波材料内部后，使其被有效地损耗，提高吸波材料的电磁波传输损耗性能。

阻抗匹配研究的是吸波材料对电磁波的有效吸收（RL<-10dB，详见下文）频率范围与电磁波入射进入吸波材料内部的能力，电磁波的反射因子（垂直入射）为［6～7］

式中，Zin为输入阻抗，Z0为自由空间阻抗，f为电磁波频率，εr为吸波材料的相对介电常数，μr为吸波材料的相对磁导率，ε0为自由空间介电常数，μ0为自由空间磁导率。

由上式可知，当Zin=Z0时，吸波材料的反射因子为零（R=0）。此时是理想的阻抗匹配状态，电磁波完全进入到吸波材料内部。满足对于吸波材料阻抗匹配的要求，需要选取合适的吸波材料或通过各种物理、化学方式对吸波材料进行改性，尽可能地使εr与μr二者在数值上接近。但对于当前较常用的吸波材料，εr、μr的数值差别比较大，且二者的数值会随电磁波频率的变化而改变，因此理想的阻抗匹配状态在实际操作中难以实现，只能在尽可能宽的电磁波频谱内使二者接近，加强吸波材料的工作范围。

另外，吸波材料应具备较大的电磁损耗能力，才可以将入射到吸波材料内部的电磁波耗散掉。相对复介电常数（εr=ε'-jε''）和相对复磁导率（μr=μ'-jμ''）是表征吸波材料对电磁波能量存储与耗散能力的两个物理量，ε'为在交变电场中，吸波材料传输与储存电场能量的能力，ε''为吸波材料在交变电场中电偶极矩重排引起的能量损耗；μ'为吸波材料在外加磁场的作用下发生极化或磁化的程度，μ''为吸波材料磁偶极矩在外加磁场的作用下因磁偶极矩重排而引起的能量损耗。损耗角正切值tanδ（损耗因子）可以表征吸波材料对电磁波能量的损耗能力：

式中，tanδε为介电损耗角正切值，tanδμ为磁损耗角正切值，tanδ越大，说明吸波材料对电磁波能量的损耗能力越强。

根据传输线理论，可以用反射损耗（RL，Re⁃flection Loss）来表征吸波材料的吸波性能，通常将反射损耗公式以dB为单位表示为［6］

吸波材料对电磁波的损耗能力越强，RL值越小。当RL<-10dB时，即99%的入射电磁波都被吸波材料所吸收，符合此条件的电磁波波段为有效吸收波段，其带宽为该吸波材料的有效吸收带宽。

3.1 电损耗型吸收剂的吸波机理

电损耗型吸波材料有电阻型与电介质型两类。电阻型吸波材料主要通过电阻损耗来吸收电磁波，吸波材料的电阻损耗性能与电导率有关，吸波材料内部的电子与载流子会在外界入射电磁波的激发下产生涡流，电磁波能量从而转化为热能。电介质型吸波材料主要靠介质的极化弛豫损耗来吸收电磁波，电偶极子会在交变的外界电磁场中电介质会发生弛豫过程从而引起极化。电介质弛豫过程中电偶极子的方向变化会引起电磁波的损耗，弛豫过程可以用狄拜理论来描述［8］：

式中，ω为角频率，τ为极化弛豫时间，εs为静电介电常数，ε0为真空介电常数，ε∞为高频极限下的相对介电常数。由上述两个公式可以得到ε′和ε″的关系：

当ε′-ε″曲线为半圆时，称为Cole-Cole圆，对应一个狄拜弛豫过程，代表该吸波材料发生了弛豫过程。

3.2 磁损耗型吸收剂的吸波机理

磁损耗型吸波材料主要有磁滞损耗、畴壁共振、涡流损耗与自然共振四类机理［9］。

1）磁滞损耗

磁矩的不可逆转动会引起磁感应强度随着磁场强度的变化而变化，但磁感应强度与磁场强度的变化存在滞后效应，会导致电磁波能量损耗即磁滞损耗。当外加磁场很小时，铁磁体的磁化是可逆的，故不存在磁滞效应，即弱磁场中磁滞效应可以忽略，磁滞损耗引起的电磁波损耗功率可用下式计算：

式中，η为瑞利常数，Hm为外加磁场幅值，f为外加磁场频率。

2）涡流损耗

根据法拉第电磁感应定律，铁磁体受到外加交变磁场的作用时，内部会产生感应电流（涡电流）。因铁磁体内部有电阻存在，涡电流会产生热量，造成的电磁波能量损耗即涡流损耗。可以根据趋肤效应判断涡流损耗，如果C0不随电磁波频率变化而变化，说明该波段的电磁波损耗来源于涡流损耗，C0的计算公式如下，式中μ′、μ″的含义见上文。

3）畴壁共振

当铁磁材料受到外加交变磁场的作用时，畴壁（相邻磁畴之间的界面）受到力的作用会在平衡位置附近发生振动。当外加交变磁场的频率等于畴壁振动的固有频率时会发生共振即畴壁共振。通常情况下畴壁共振发生的频率范围在1MHz～100MHz内。

4）自然共振

自然共振是铁磁共振的一种特殊形式。数微米级别粒径的球形吸波材料属于单畴颗粒，由于存在磁晶各向异性等效场，在某些晶轴方向的晶体容易磁化而某些晶轴方向的晶体不易磁化，磁畴在非恒定外加磁场的作用下会发生自然共振。根据铁磁共振理论，自然共振频率与磁晶各向异性场相关，自然共振频率计算公式如下：

式中，fr为自然共振频率，y为旋磁比，Heff为有效各向异性场。

自然共振是铁氧体吸波材料的主要吸波机理，对于一些超细金属粉末，如Fe/Ni金属纳米颗粒，较小的粒径有利于增强有效各向异性（Keff），吸波材料的磁损耗同样也来源于Fe与Ni颗粒的自然共振。

4 无源干扰材料研究现状

随着导引头技术发展，各种有针对性的干扰技术应运而生。一般可将干扰技术划分为有源干扰和无源干扰两类，有源干扰技术一般采用主动干扰设备发生特定的电磁波信号，对来袭精确制导武器进行电子干扰或压制，这类干扰设备有能耗较高、结构复杂、设备笨重、价格昂贵等缺点，在使用中受到一定的限制［10］；无源干扰技术一般指通过无源干扰材料或器材，减少入射电磁波的信号强度、改变目标的电磁波反射特性、降低目标与背景的电磁波反射或辐射差异等，以达到破坏精确制导武器探测、识别与跟踪目标。无源干扰技术具有多频谱干扰、性价比高、设备简单、使用方便、可靠性强等优势，在世界各国得到了广泛的装备，并且取得了较好的效果［11］。

按照干扰剂干扰波段的不同，可以将多频谱干扰弹分为单波段干扰材料复合、多波段干扰材料干扰弹两类。而多波段干扰材料具备多频谱干扰能力，发射后可在红外、激光、毫米波波段产生多频谱干扰。能进一步简化装药结构，提高干扰剂装药量，增大烟幕遮蔽面积，使用多波段干扰材料干扰弹干扰多模导引头有望成为今后无源干扰研究的又一热点。

就目前多频谱干扰材料的发展来看，膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维与导电聚合物等材料因为其具有飘浮性好、孔隙率大、粒度分布广、经济环保、干扰效果好等优势得到了一些深入的研究［12］。同时有研究者证实了CNT具有致癌性与生殖毒性［13］，在实验操作过程中应做好个人安全防护措施。

4.1 膨胀石墨

膨胀石墨是利用石墨特殊的晶体结构，通过在石墨层间插入化合物，形成石墨层间化合物（Graphite Intercalation Compounds，GIC），对GIC进行高温快速加热时，石墨层间的插入物质剧烈分解，产生大量气体，使垂直于石墨层方向的石墨层间键发生断裂，形成膨胀石墨。由于膨胀石墨密度小、飘浮性能好，留空时间长，且粒子尺寸分布范围广，可与不同电磁波的λ/4匹配，能对较宽频谱的电磁波实施有效干扰。

膨胀石墨应用于无源干扰的方法有多种，常见的有以下几种［14］。

1）加热法。目前，国内外研究者多采用化学燃料或电加热的方法使GIC膨化，加热法需在较高温度下连续加热十几秒甚至更长时间，设备能耗高、加热过程中石墨易氧化，膨胀石墨获得率低。且加热法设备复杂，需提前制备膨胀石墨，使用中再通过物理喷洒法形成遮蔽烟幕屏障，但膨胀石墨体积大，受挤压易变形，不利于贮存和运输，因而在实际应用中加热法具有一定的限制。

2）燃烧法。通过燃烧型发烟剂使GIC膨化形成膨胀石墨烟幕，以 KNO3、NH4C1O4、KClO4、纳米Fe3O4为氧化剂，铝粉、镁粉、富碳有机物为燃烧剂，加入GIC等组成复合干扰剂，利用烟火药燃烧时释放出的热量与气体使GIC膨化并分散于空中，形成干扰烟雾。燃烧法制备膨胀石墨的缺点是，膨胀石墨粒子难以聚集成团，瞬时形成大面积连续的干扰烟幕。

3）爆炸分散型瞬时膨化法。在化学药剂提供的能量下，使GIC通过爆炸法瞬时膨化，爆炸法制备的膨胀石墨粒子形态较完整，且能借助爆炸过程在指定区域分散，瞬时形成大面积的干扰烟幕。在现代战争中，从目标收到预警信号到做出应战反应，可利用的时间一般小于5s，因此爆炸法是膨胀石墨用于多频谱干扰的主流。

近五年，膨胀石墨在无源干扰领域的应用有不少进展，Weiche等［15］在台湾省“科技部”资助下采用爆炸法制备了一种以磁性铁颗粒和膨胀石墨为基体的复合材料，该磁性膨胀石墨有极好的红外（8μm～12μm）和毫米波（35GHz）干扰能力（>10dB）。

Valentini等［16］以工业热塑性聚氨酯（TPU）为原料，采用熔融混炼和模压法制备了膨胀石墨纳米复合材料。样品在1mm厚度下可以实现窄波段电磁吸收（>15dB，12.4GHz；>22dB，8.2GHz），而在6mm厚的样品中，可通过多层结构实现宽波段电磁吸收（>10dB，8.5GHz～12GHz）。

Borah等［17］研究了用膨胀石墨作为吸波材料，发现研制的膨胀石墨在11.56GHz下的吸收能力为24.51dB，0.39GHz下的吸收能力为10dB。并将膨胀石墨与铜基吸波材料的性能进行了对比，发现膨胀石墨具有更好的性能。

Kuohui等［18］采用爆炸法制备了一种以磁性铁颗粒和膨胀石墨为基体的复合材料。然后将其引入聚乙烯中，研究了材料的吸波性能。发现膨胀石墨和磁性铁颗粒在聚乙烯中的质量比为4wt.%/30 wt.%时，在2GHz～18GHz下的吸收能力为15dB，在26.5GHz～40GHz下的吸收能力为13dB。

Tingkai等［19］使用燃烧法制备了膨胀石墨（EG）/BaFe12O19（BF）纳米复合材料，具有比纯EG和BF更好的电磁吸波性能，与碳纳米管（CNT）复合的夹层微结构EG/BF可以进一步有效提高电磁吸波性能。厚度为1mm的夹层微结构CNT/EG/BF复合材料的最大吸收损耗可达45.8dB，在2GHz～18GHz的频率范围内，吸收能力也大于10dB。

4.2 石墨烯、碳纳米管与碳纤维

新型碳材料包含石墨烯、碳纳米管与碳纤维等碳纳米材料。其中石墨烯是一种由碳原子堆积组成的材料，碳原子在石墨烯中以sp2杂化方式形成二维蜂窝状结构，石墨烯材料还包括氧化石墨烯，是石墨烯的一种带有含氧基团的衍生物。石墨烯的主要制备方法有机械剥离法、还原氧化石墨法、化学气相沉积法、外延生长法、水热法、溶剂热法、电化学法等。碳纳米管也是一种由碳原子堆积组成的材料，碳原子在碳纳米管中以sp2杂化方式形成弯曲封闭的管状结构，长径比较大。碳纳米管的主要制备方法有化学气相沉积法、电弧放电法、水热法、溶胶凝胶法等方法。碳纤维是一种高强度高模量的纤维，含碳量在95%以上，碳原子在其内部以石墨微晶结构存在，晶体中碳原子以sp2杂化方式形成共价键。碳纤维的主要制备方法有前驱纤维碳化法、气相生长法。

石墨烯、碳纳米管与碳纤维等碳材料除具有导电性能外，还具有质量轻、易加工、化学稳定性好、耐高温等优点，是制备无源干扰材料的理想材料［20］。石墨烯与碳纳米管以及石墨微晶中未成键的2pz轨道可形成离域的大π键，使其具有优良的导电性能。石墨烯、碳纳米管与碳纤维比表面积大、导电性高、电损耗与磁损耗较强，被广泛用于吸波、屏蔽材料。而且碳材料的比表面积大优势，还可以作为载体来负载其他纳米粒子解决其分散能力差、易团聚的问题。

Wan［21］等使用不同转速离心GO分散液，将分离出的较大尺寸GO片（尺寸约14.5μm）制备成氧化石墨烯纳米纸，在8.5GHz～13GHz下的吸收能力达到44.7dB。

Wu［22］等通过化学气相沉积法制备石墨烯泡沫（Graphene Foam，GF），并制备了GF/聚3，4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）：聚苯乙烯磺酸盐（PSS）为 4.6 wt.%，PEDOT：PSS与GF质量比为3.5的复合材料，对8GHz～12GHz电磁波的最大吸收为91.9dB。

Yan［23］等在反应釜中使用高压固相成型方法制备了rGO/聚苯乙烯（PS）复合材料，研究发现rGO/PS复合材料的吸波性能与PS粒径大小密切相关，当PS粒径为1mm时，在8GHz～12.5GHz下的吸收能力为12.0dB；当PS粒径为2.5mm时，吸收能力为45.1dB。

Jia［24］等使用压缩模塑和混合法将CNT沉积到废橡胶粉（Ground Tire Rubber，GTR）颗粒表面，制备的CNT/GTR复合材料在CNT含量3.0wt.%时对8GHz～12GHz电磁波的吸收均大于66.9dB。

Arjmand［25］等将高浓度的多壁碳纳米管（MW⁃CNT）混入聚氨酯（WPU）中，制备了MWCNT含量76.2wt.%的MWCNT/WPU吸波泡沫，电导率为2100S·m-1，在8GHz～12GHz下的吸收最高达到80dB。

Chen［26］等使用化学气相渗透法制备了碳纤维/碳化硅复合纤维，当碳化硅含量为21.5vol%时，复合纤维在8.5GHz～12GHz的吸收能力达到了42dB，另外碳化硅的引入还可增加碳纤维的强度。

4.3 导电聚合物

聚苯胺（PANI）、聚乙炔（PA）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTH）、聚苯硫醚（PPS）等导电聚合物主链上C-C与C=C交替排列，形成了共轭π电子体系。在大π键中电子高度离域迁移，从而实现聚合物的导电，导电聚合物具有低密度、易加工、电导率可调、阻抗匹配性好的优点。导电聚合物主要的制备方法有化学氧化法和电化学法，均为阳离子聚合。未改性的导电聚合物是电损耗型吸收剂，一般对其掺杂、复合改性调控电磁参数（与磁损耗材料复合），增加其磁损耗特性使其对电磁波的吸收兼具电损耗与磁损耗，提高吸波性能。

Oyharçabal［27］等制备了纤维、薄片、球形等形状的PANI，研究了PANI形状对电导率、介电常数、吸波性能的影响，发现薄片PANI的介电性能和吸波性能均优于纤维、球形PANI。当薄片PANI厚度为2.6mm时，材料对电磁波的最大吸收达到了37dB，而纤维与球状PANI分别为8dB与7dB。

Liu［28］等通过原位水热聚合制备了GO/PANI/NiFe2O4和GO/PPy/NiFe2O4三元复合材料，有效吸收带宽分别为5.5GHz、4.5GHz，吸收极值分别达到了50.6dB、44.8dB。

Hou［29］等使用 PPy对磁损耗型吸波材料 Fe3O4纳米颗粒的表面进行修饰制得Fe3O4@PPy，再对其表面进行包覆PANI的处理制备Fe3O4@PPy@PANI核壳结构复合材料。通过控制PPy和PANI壳层的厚度，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处达到39.2dB。

Li［30］等使用硅烷偶联剂对 LaCrO3和NiFe2O4改性，采用原位乳液氧化法制备了LaCrO3/PANI和NiFe2O4/PANI复合材料，发现LaCrO3/PANI对厘米波的最大吸收为16.5dB，吸收带宽为5.4GHz；NiFe2O4/PANI对X波段的最大吸收为42dB，在8GHz处有效吸收带宽为3.3GHz。

李颜海［31］等以（NH4）2SO4为氧化剂在酸性环境中制备PPy，再将PANI包覆在PPy表面，制备了粒径400nm～450nm的复合材料小球，当PPy含量为40wt.%时在11GHz～13.5GHz的波段内吸波大于9dB。

Li［32］等在碳化硅表面修饰 PANI，发现复合材料的热稳定性更高，且对33GHz～40GHz电磁波的吸收均大于10dB。

4.4 碳气凝胶超黑

碳气凝胶是一种将有机气凝胶高温碳化制得的多孔碳骨架非晶态物质，具有低密度、高比表面积、高导电率等特点，是一种电损耗型吸波材料。将碳气凝胶与磁性纳米金属等磁损耗型吸波材料复合后可在较宽的电磁频谱内实现较强的吸收性能，是一种理想的超黑材料［33］。关于碳气凝胶吸波性能的研究起步较晚，目前公开的文献不多。赵海波［34］等提出了一种磁性纳米金属/碳气凝胶吸波材料，其中碳气凝胶含量为77wt.%～99wt.%，纳米金属粒子分布在碳气凝胶表面，比表面积为300m2·g-1～700m2·g-1，电导率为0.01S·m-1～1S·m-1，吸波强度为20dB～60dB。

4.5 等离子体

等离子体是一种气态物质，由被电离的原子及原子团组成，是独立于固、液、气态之外的一种物质状态，因其主要由带电离子与自由电子组成，导电性较佳。等离子体用于无源干扰的机理在于，等离子体对电磁波有吸收、反射、折射与散射等作用［35］，当导引头工作频率的电磁波大于等离子体的频率时，入射电磁波进入等离子体其电场会对等离子体中的电子做功，电场的能量转化为电子的热运动，实现电磁波能量的损耗、吸收；另外等离子体对电磁波的反射、折射与散射等作用也可达到无法穿透等离子体的作用。等离子体具有每次使用成本较低、可实施有效干扰的吸收带较宽、通过控制可迅速放电产生等离子体等独特的优势，但因等离子体吸波技术较为前沿，存在着一系列尚未解决的科学与技术问题，现阶段等离子体吸波技术仍处于试验阶段，距离实用化还有一段距离［36］。

何湘［35］等对封闭式、高频放电（电源频率1 MHz以上）产生的等离子体在飞行器雷达罩、进气道等局部的隐身效果进行了理论计算和实验测试。在4 kW的放电功率下，产生的等离子体最大电子密度为～5×1016·m-3，对 1GHz～3GHz、6.5GHz～7.5GHz电磁波的吸收大于10dB。从理论和实验上验证了等离子体吸波技术对L波段雷达实现隐身的可行性。

Xi等研究了高频电磁波在等离子体中的传播特性，通过数值模拟研究了 2GHz、5GHz、10GHz、15GHz、20GHz、30GHz电磁波在覆盖5cm等离子层金属表面的吸收［37］与反射［38］性能，研究发现可以通过改变等离子体的碰撞频率和电子密度来调控其吸波性能。

Zhang［39］等对红外超材料结构激发的表面等离子体激元结构的吸波性能进行了研究，发现表面等离子体激元结构可将红外导引头工作的3μm～5μm、7.5μm～14μm 波段辐射能量转移到 5μm～7.5μm波段内发射，可有效降低装备红外辐射信号，干扰红外导引头的探测。

袁忠才［40］等提出了一种5cm等离子体（A）与5mm铁氧体吸波材料（B）的ABA夹层结构，电磁波可在夹层中多次反射以增强吸收效果。其吸波性能优于等离子体与铁氧体吸波材料的简单叠加（10cm等离子体层为0dB～15dB，5mm铁氧体层为5dB），对0.1GHz～30GHz电磁波的吸收大于50dB。

综合以上分析发现，国外公开报道膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维与导电聚合物等新材料用于无源干扰的文献虽然不多，但从少数文献中可发现国外相关科研部门正大力从事膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维与导电聚合物等新材料的研究，并已经取得了一定的进展，其目的明显是服务于军事应用的。

5 结语

随着多模复合精确制导技术的快速发展，各国列装了一批先进精确制导武器，战场目标的生存能力受到了巨大威胁和挑战，实现对精确制导武器的有效干扰已是当务之急。无源干扰材料是当前电磁波吸波、屏蔽领域的研究热点，具有效费比高、设备简单、使用方便等优点，日益受到研究者的重视。但在多频谱干扰、均匀分散、长时间漂浮等方面存在困难，而膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维与导电聚合物等新材料的应用，可弥补传统无源干扰材料存在的缺点。本文系统地总结了近十年来这些新材料在吸波领域的工作，可发现当前使用其作为吸波材料对精确制导武器进行有效干扰已成为新的研究热点，得到科学界的广泛关注，但在以下几个研究方面尚存在一些未解决的问题，值得进一步深入的研究。

1）石墨烯、碳纳米管与碳纤维等新型碳材料规模化制备技术、工艺研究；

2）膨胀石墨、碳气凝胶材料滞空时间、烟幕连续性研究；

3）磁损耗改性调控电磁参数导电聚合物复合材料研究；

4）等离子体电磁参数仿真与发生设备设计研究。

作为新型无源干扰材料，膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维与导电聚合物等在上述研究方向仍存在一些挑战，这些研究方向的工作不仅会推动对抗精确制导武器的进展，在电磁屏蔽、电磁防护等军民领域也会发挥重要作用。