红外隐身织物的制备及其红外特性模型的构建

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隐身技术在现代军事领域中有着举足轻重的地位,是当今重要的高尖端军事技术之一。现代军事探测器中,红外探测技术因具有优异的性能,在军事上得到了广泛的应用,其中红外探测器占比达到了30%,而红外探测和包括红外在内的双模制导达到70%。因此,为了降低人员和装备红外辐射量的红外隐身技术,受到了各国科学家们的高度重视。红外隐身技术通过减小目标红外线辐射,达到降低目标与背景之间红外辐射能量的差异,使得红外探测系统很难发现目标,或者使红外探测的效果降低的一种综合性技术。
  目前,将红外隐身材料涂覆在目标表面是实现红外隐身最有效的方法之一。降低目标表面的发射率和温度来改变其红外辐射特征,使得目标与周围环境相融合而实现红外隐身。红外隐身涂料主要由填料、粘合剂、分散剂等组成。本课题先制备了红外隐身材料并将其涂覆于织物表面,获得红外隐身织物。接着,针对人体-多层织物系统建立了红外特性模型,描述其热传递过程。最后,对多层织物进行仿真,解释其红外隐身原理。
  首先,使用铝粉和镀银中空玻璃微珠制备红外隐身材料,并应用于棉织物上获得红外隐身织物。采用苯胺原位聚合法制备聚苯胺/中空玻璃微珠,再进行化学镀银制备镀银中空玻璃微珠。将铝粉、镀银中空玻璃微珠与粘合剂、分散剂等混合制成涂料涂覆到棉织物表面,获得了红外隐身织物。通过扫描电子显微镜观察样品的表面形貌,再用红外和X射线衍射分析以验证在反应过程中制备的镀银中空玻璃微珠和涂层织物。热红外成像装置用于测试涂层织物的红外辐射强度,测量涂层织物加热时的表面温度差。加热低红外发射率的涂层织物后,其表面升温速率慢,该材料具有出色的红外隐身和热辐射防护性能。
  接着本课题通过热压法设计了一种气凝胶夹层结构红外隐身复合材料。先将制备的掺碳纳米管气凝胶层压复合于聚酰亚胺织物上,然后在层压复合材料外表面涂层一层低发射率的掺铝氧化锌。掺铝氧化锌使得纺织品表面发射率低于0.5,中间夹层气凝胶的导热系数为0.013W/(m?K)。实验表明,此复合材料将以独特的结构和优异的性能在红外隐身、热防护等领域具有良好的应用价值。
  最后,通过理论推导建立红外特性模型,并进行仿真模拟。建立了人体-多层织物系统模型并阐述了红外隐身织物的隔热及红外隐身机理。基于有限元方法数值求解策略,利用ANSYS Workbench软件仿真模拟,直观地描述温度场的分布,为选择合适的红外隐身材料和优化结构设计提供了理论指导和数据支持。本课题制备的红外隐身材料在试验和仿真中均表现出极佳的红外隐身和热防护性能。
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