隐身材料应用 2020隐身材料行业发展前景趋势及现状分析

随着国防产业大发展，隐身材料技术研发是全球各国研发焦点。现代攻击武器的发展，特别是精确打击武器的出现，使武器装备的生存力受到了极大的威胁，单纯依靠加强武器的防护能力已不实际。采用隐身技术，使敌方的探测、制导、侦察系统失去功效，尽可能地隐蔽自己，掌握战场的主动权。抢先发现并消灭敌人，已成为现代武器防护的重要发展方向。隐身材料是隐身技术的重要组成部分，隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，是隐身技术的重要组成部分。隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。

隐身材料应用

隐身技术的最有效手段是采用隐身材料。美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域，许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身;在常规兵器方面，美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作，并陆续用于装备。

2020隐身材料产业发展前景趋势分析

对隐身材料来说，对某种探测手段的隐身性能好，往往对另一种探测手段的隐身性能就不好。例如，对激光探测的隐身性能好，一般对红外探测就不能隐身，这就是隐身材料的相容性问题。为解决这一问题，需要研制兼容型隐身材料，如雷达波、红外兼容隐身材料，红外、激光兼容隐身材料，雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料等。

近年来，在政策扶持下，我国隐身材料产业发展迅速，对实施创新驱动发展战略起到了积极作用。隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。雷达吸波材料(RAW)是最重要的隐身材料之一，它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。

超材料作为雷达隐身材料，是隐身技术中的一项重要技术，广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等重要领域。超材料在完成了技术化、工程化到产品化的过程后，实现了从科学实验到高尖端装备的应用，也具备了在装备硬件上普及的可能性。借助军民融合这一新经济发展的重要契机，将成为拉动经济发展的新引擎，迎来了产业发展机遇。由科技与资本双轮驱动，带动成熟稳定的军用技术转入民用，可以为经济社会发展提供强大的推动力。

根据中研普华研究院《2020-2025年隐身材料行业市场深度分析及发展策略研究报告》显示：

国内外新型隐身材料未来发展趋势分析

第三节 基于石墨烯吸波材料发展趋势

一、基于石墨烯的纳米复合吸波材料

常见的制备石墨烯-聚合物纳米复合材料的聚合物有聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯胺(PNAI)、聚丙烯(PP)和环氧树脂(Epoxy)等。根据石墨烯-聚合物纳米材料制备方法的不同可分为：原位聚合法、溶液共混法和熔融共混法。

1、原位聚合法

原位聚合法制备石墨烯-聚合物纳米复合材料的优点是石墨烯在聚合物网络中分散均匀，利于材料性能的稳定。该法制得的石墨烯-聚合物纳米复合材料中，聚合物一般生长在石墨烯片层表面，与石墨烯形成层状结构。在氧化石墨烯的水溶液中加入苯胺，之后用过硫酸铵引发原位聚合得到还原氧化石墨烯一聚苯胺薄层。

结果显示聚苯胺薄层覆盖在还原氧化石墨烯片上，许多直径为10～30nm的聚苯胺纳米粒子紧密地嵌入在薄层中。将氧化石墨烯与NH4HCO3反应得到氮掺杂石墨烯，加入苯胺，之后用过硫酸铵引发聚苯胺在氮掺杂石墨烯表面原位生长，制得氮掺杂石墨烯聚@聚苯胺纳米线(NG@PANI)。以十二烷基磺酸钠为乳化剂，过硫酸钾为引发剂，用原位乳液聚合法制备了氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料，然后用水合肼还原氧化石墨烯制备了石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料。此外，将原位聚合法与石墨片层剥离过程相结合，在单体聚合的同时剥离石墨，实现复合材料的制备是近年来出现的一种新方法。如先将苯胺和膨胀石墨(EG)加入盐酸溶液中，酸性条件下形成的苯胺正离子充分分散于膨胀石墨片层中，再经过硫酸铵引发苯胺原位聚合，导致石墨分离成石墨烯片，从而得到石墨烯/聚苯胺混合物。该方法简单有效，可以避免制备石墨烯时对实验设备与操作的限制，同时还能避免对环境有害的强氧化剂和强酸的使用，是该类复合材料制备的一个新发展方向。

2、溶液共混法

溶液共混法是制备聚合物为基础的复合材料最常见的技术手段。该法简单易行，但是溶液共混过程中残余溶剂会使复合材料的玻璃化转变温度降低，力学性能受损。采用直流电弧放电法制备高结晶性石墨烯，与聚苯胺充分分散于无水乙醇中，蒸发多余乙醇后得到石墨烯/聚苯胺复合物粉末。

实验表明片状的石墨烯与聚苯胺较好地结合，均匀地分布在聚苯胺中。采用L-抗坏血酸作还原剂制得化学还原石墨烯(CR-G)，其与聚环氧乙烷(PEO)充分分散于水中，之后蒸干溶液制得化学还原石墨烯/PEO复合材料。使用异氰酸苯酯对氧化石墨烯进行有机功能化，之后将其与聚苯乙烯充分分散于二甲基甲酰胺(DMF)中，使用二甲肼还原氧化石墨烯，再经过滤洗涤干燥除去溶剂后，得到低掺杂量、高导电性的石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料。

3、熔融共混法

采用熔融共混法制备石墨烯-聚合物纳米复合材料的优点是方法简单易行、适于大规模生产，并且在制备过程中可以避免溶剂等的污染。该法的缺点是石墨烯分散性比较差，易发生团聚。利用机械搅拌将膨胀石墨与聚交酯进行初步混合，然后再在双螺杆挤压机中进行熔融共混得到石墨烯/聚交酯纳米复合材料。利用熔融共混法制备(功能化)石墨烯片强化的聚碳酸酯复合材料。此外，采用溶液共混法使石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行初步混合，再用Brabender混合机对二者进行熔融共混，之后经二氧化碳(CO2)发泡，制备石墨烯/PMMA复合泡沫。

二、石墨烯基复合材料吸波性能比较

由于吸波基材种类、数量、材料厚度、制备方法、石墨烯含量等各个因素对复合材料吸波性能均有影响，很难用一个指标对各类材料吸波性能的优劣进行准确的比较和评价。

1、石墨烯含量对复合材料吸波性能的影响

石墨烯含量对不同种类复合材料的吸波性能会产生不同的影响。以DMF肼还原氧化石墨制备的石墨烯一钡铁氧体(BaFe12O19)复合材料为例，随着石墨烯含量的不断增加，复合材料的反射损耗吸收峰向低频移动，反射损耗峰值降低，带宽减小。而对于石墨烯/聚环氧乙烷(PEO)二元复合材料，当石墨烯/PEO为1/100(质量比)时，最小反射损耗达到-20.1dB，而当石墨烯/PEO为0.5/100(质量比)和3/100(质量比)时，最小反射损耗仅为-16.1dB和-13.1dB，最小反射损耗随石墨烯含量的增加，呈现先减小后增加的趋势。对于石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PM-MA)泡沫，仅从石墨烯含量对其屏蔽效能的影响来分析，随着石墨烯含量的增加，石墨烯/PMMA复合材料的屏蔽效能增大。当石墨烯体积含量为1.8%时，在8-12GHz波段范围内，屏蔽效能为13-19dB。

图表：不同石墨烯含量的石墨烯-BaFe12O19复合材料的吸波性能

数据来源：中研普华产业研究院(RL为最小反射损耗;fm为最小反射损耗对应的频率)

2、材料厚度对复合材料吸波性能的影响

石墨烯基复合吸波材料厚度不同，吸波性能也有差异。随着复合材料厚度的增加，最小反射损耗峰向低频方向移动，带宽减小。以水热复合法制备的石墨烯-钡铁氧体(BaFe12O19)复合材料为例，当石墨烯含量为10%(质量分数)时，2-18GHz范围内不同厚度下石墨烯-BaFe12O19复合材料的吸波性能如下表所示。从表中数据可以看出，随着复合样品厚度的增加，反射损耗的吸收峰向低频移动。同时，反射损耗小于-10dB的带宽也随之减小。

图表：不同厚度下石墨烯-BaFe12O19复合材料的吸波性能

数据来源：中研普华产业研究院(d为材料厚度;RL为最小反射损耗;fm为最小反射损耗对应的频率)

3、基材种类对复合材料吸波性能的影响

大部分石墨烯-聚合物纳米复合材料的最小反射损耗达不到-40dB，在单一厚度下反射损耗小于-10dB的带宽一般小于4.5GHz。而多数石墨烯-金属纳米复合材料的反射损耗均低于-40dB，具有较好的吸波性能。在单一厚度下反射损耗小于-10dB的带宽一般大于4.5GHz。显然，石墨烯-金属氧化物复合材料在最小反射损耗和吸收带宽上均优于石墨烯-聚合物复合材料。

三、石墨烯基复合吸波材料发展方向

石墨烯因其独特的物理结构和优异的力学、电学性能，在吸波材料领域得到更加广泛的应用。目前，基于石墨烯的吸波材料在制备方法上，二元复合材料趋向于采用一步法，三元复合材料趋向于采用两步法;在结构上，趋向于制成片(层)状结构;在复合基材方面，趋向于选用多元的不同吸波机理的吸波基材。另外，从性能上看，三元复合材料优于二元复合材料，是提高石墨烯基复合材料吸波性能的一个重要方向。但三元复合材料在制备时存在基材难以分散均匀、界面相容性差等问题，目前亟待解决。作为新型吸波基材的石墨烯会成为未来应用研究的重点，推动军事隐形材料的发展，同时也会在电磁辐射防护等民用方面发挥更大作用。

随着隐身材料行业竞争的不断加剧，大型企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内外优秀的隐身材料企业愈来愈重视对行业市场的分析研究，特别是对当前市场环境和客户需求趋势变化的深入研究，最大限度地降低客户投资风险与经营成本，把握投资机遇，提高企业竞争力。未来隐身材料行业将如何发展?请关注中研普华研究院报告《2020-2025年隐身材料行业市场深度分析及发展策略研究报告》