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1、70工程塑料应用2007年,第35卷,第2期导电高分子在隐身材料中的应用郑国禹(总装备部重庆军事代表局驻重庆地区军事代表室,重庆400050)摘要研究了导电高分子材料的导电机理,并结合隐身材料的相关理论,分析了导电高分子材料在雷达、红外隐身中的应用原理,论述了国内外隐身导电高分子材料的研究现状,最后分析了该类材料应用于隐身存在的问题及研究的方向。关键词导电高分子隐身机理研究现状高分子材料一般为电的绝缘体。1973年,人们发现四结构对极化子的稳定作用有关。分子链越长、规整度越高,硫代富瓦(TTF)与7,
2、7′,8,8′2四氰基喹诺甲烷(TCNQ)构成导电性越强,吸电子基团的存在可以使极化子趋于稳定,因[12]的络合物具有超导涨落现象,并随后发现碘掺杂的单双键聚而含有这类基团的导电高分子材料的电导率较高。乙炔由绝缘体转变为导体,由此开始了导电高分子材料的研2在隐身材料中的应用究。导电高分子材料由于具有特殊的可加工性能与导电性2.1导电高分子材料的隐身机理[1-4]能,已成为20世纪后期的热门学科,在光电子器导电高分子材料可以在绝缘体、半导体、金属体之间变[5-6][7][8-9]-4件、有机发光二极管、
3、电磁屏蔽与吸收材料等许化,当其电导率σ<1×10S/m时,无明显吸波特性;当1×-4多领域有潜在的应用价值。经过30多年的研究,在导电高10S/m<σlS/m时,材料呈金属特性,具有电磁屏蔽[13]长足进展,并取得了一些实用化的成果。作用。雷达隐身材料是通过对电磁波的吸收而实现隐身与此同时随着现代探测技术的发展,隐身材料成为各国效果的,因此,一方面要使电磁波最大限度地进入材料内部竞相发展的军
4、用关键技术。导电高分子材料由于具有独特而不是在表面反射;另一方面要使进入材料内部的电磁波最的物理化学性能及电磁参数可调等特性而成为隐身材料的大限度地被吸收。要满足以上两个条件,材料的电磁参数应重要研究方向之一。笔者论述导电高分子材料的导电机理,相互匹配。着重探讨导电高分子材料应用于隐身的机理、方法、现状及εγ=ε′-εj″(1)前景。μγ=μ′-μj″(2)1导电机理式中:εγ———材料的复介电常数;导电高分子材料可分为结构型和掺杂型。结构型导电ε′、ε″———复介电常数的实部、虚部;高分子本身具有导
5、电性,主要有π共轭型(如聚乙炔、线性μγ———材料的复磁导率;聚苯、面型高聚物等)、金属型螯合物(如聚铜酞菁等)、电子μ′、μ″———复磁导率的实部、虚部。转移络合物(如聚阳离子Co络合物等)。掺杂型导电高分当ε′=μ′时,材料表面对电磁波的反射率较小;而ε″和子即在高分子材料中掺杂导电物质,采用物理化学方法复合μ″越大,损耗越大。电磁参数依赖于高分子材料的主链结而成的既具有一定的力学性能,又具有导电性能的高分子材构、室温电导率、掺杂剂、掺杂浓度、合成方法和条件等因素。[3-4,10-11]料。相对于
6、结构型导电高分子材料合成困难、成本导电高分子的吸波机理主要是电损耗和介电损耗。在高的缺点,掺杂型导电高分子材料成本低、加工方便、可设计雷达波的作用下,一方面材料被反复极化,分子电偶极子力性强,因而得到了广泛的应用。电导率是导电高分子材料的图跟上电磁场的振荡而产生分子摩擦;另一方面由于材料电主要指标之一,常见导电高分子材料的电导率如表1所示。导率不为零,电磁波在材料中形成感应电流而产生热量,从[4,10-11]表1常见导电高分子材料的电导率而使得电磁波能量被耗散。材料良好的电导率有利于电磁名称发现年代电
7、导率/S·cm-1波的吸收,但高的电导率同时会增加材料表面对电磁波的反聚乙炔197710-105～10射。通过调节导电高分子材料的制备工艺、掺杂剂种类和浓聚吡咯(PPY)197810-82～10聚噻吩(PTH)198110-8～102度等可以得到所需的电导率。聚对亚苯(PPP)197910-15～103导电高分子材料由于具有大π共轭结构,表现出了高聚苯乙烯(PPS)197910-163～10的介电常数与介电损耗(tgδ=ε″/ε′),而介电损耗与材料的聚苯胺(PANI)198510-102～10吸波性
8、能密切相关。介电损耗越大,材料的吸波性能越好。导电高分子材料的导电性来源于单极化子、双极化子和孤子的存在与跃迁,电导率与高分子链长度、规整性及分子收稿日期:2006212201郑国禹:导电高分子在隐身材料中的应用71ε″不仅与材料的电导率有关,也与电磁波频率有关,随着电长度增加而增加,最小反射出现在入射电磁波1/4波长的奇磁波频率的增加而下降。例如,即使PANI质量分数只有数倍处;峰的位置及强度与厚度有关,小于5mm厚的PDPV40%的复合材料,其在电磁
