隐身技术始于第二次世界大战。作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，已被当今世界各国视为重点开发的军事高新技术，尤其是随着雷达探测技术的发展，原有的隐身技术面临着很大的挑战，迫切需要厚度薄、质量轻、频带宽、多功能的新型隐身材料。美国国防部更是把这一要求列为重点发展计划。
近年来，随着多学科的交叉研究，吸波材料在材料的选择上有了更大的空间，特别是与具有不同特性材料的复合，使吸波材料的性能有了更大进展。近年来材料技术的重点热门一纳米技术在吸波材料制备过程中的成功应用，使吸波材料的性质在本质上也呈现出惊人的飞跃。而计算机辅助设计的蓬勃发展和最优化理论的运用对于确定出介质参量εr*(复介电系数)和μr* (相对复导磁率)随频率变化时介质对微波吸波性能的影响，帮助掌握各种配方与介质参量的关系，深入讨论影响介质的各种机制，从而做到按需要调整材料的参量都有很大地帮助，更可以起到指导实验方向，加快研发过程的作用。本文将对这些新的热点做一个介绍，分析了其中仍然存在的问题并预测将来的进展。
1 纳米技术在吸波材料中的应用[1～3]
纳米吸波材料具有极好的吸波特性，同时具备吸波频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。纳米粒子对红外和电磁波有强烈的吸收能力主要原因有两点，一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米粒子材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少了波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的目的。另外一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大了3～4个数量级，对电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外本文受国家航天创新基金资助探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到隐身作用。金属、金属氧化物和某些非金属材料的纳米级超细粉在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增加了纳米粒子的活性。在微波场的辐射下，原子和电子运动加剧，促使磁化，使电子能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收。美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料，对雷达波的吸收率大于99%。目前，隐身材料虽在很多方面都有广阔的应用前景，但当前真正发挥作用的隐身材料大多使用在与航空航天或军事有密切关系的部件上。对于上天的材料有个重要的要求是重量轻，在这方面纳米材料是有优势的，特别是由轻元素组成的纳米材料在航空隐身材料中应用十分广泛。
纳米技术在吸波材料的以下几个方面有突出作用：
(1) 改性原有基体材料与损耗介质材料的性质[4]
雷达吸波材料一般由基体材料与损耗介质复合而成，其中损耗介质的性能、数量及匹配选择是影响吸波性能的重要因素。它直接制约着材料的研制进度与工程应用效果，已研制并成功应用于吸波材料中的损耗介质已达几十种之多，而且各国都在积极致力于新型损耗介质的开发与研制。根据吸波机理的不同，吸波材料中的损耗介质可以分为电损耗型和磁损耗型两大类。其中电损耗型介质有导电性石墨、碳化硅粉末或碳化硅纤维、特种碳纤维、碳粒、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体和各种导电性高聚物等。其主要特点是具有较高的电损耗正切角，依靠介质的电子极化或界面极化衰减。吸收电磁波。磁损耗型介质包括各种铁氧体粉、羰基铁粉、超细金属粉和纳米相材料等，具有较高的磁损耗正切角，依靠磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁极化衰减吸收波。
当这些粒子的尺寸进人纳米级别后，相应的多畴变成单畴，使得这些粒子的物性呈现了独特的吸波性能。研究表明，10～25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍。对于陶瓷材料而言，当它到达纳米尺寸时，表现出了高韧性，高热强，高塑性等平时欠缺的特性。所以纳米技术的应用使这些吸收剂的吸波性能有很大提高。
(2) 纳米复合物[5]
各种材料具有不同的吸波特性，适应不同的波段，而目前吸波材料的一个主要研究方向就是多频率。所以如果能复合这些材料，会使吸波材料的应用范围大大加宽。这些材料并不是无机相与有机相的的简单加合，两相界面间只存在较强或较弱的化学键。它们的复合将实现集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质于一身的新材料。特别是无机和有机的界面特性使其具有更广阔的应用前景。有机材料优异的光学性质、高弹性和韧性，以及易加工性，可改善无机材料的脆性；更主要的是，有机物的存在可以提供一个优异的载体环境，提高纳米极无机相的稳定性，从而实现其独特的微观控制，在光电磁催化等方面的特性能得到更好的发挥，甚至可能产生奇异特性的新型材料。
然而单纯的无机纳米粒子是不易分散于有机物中的，有机物与无机粒子之间常有严重的相分离现象。有机无机相间应存在较强的相互作用，才能较好的利用有机基质来防止无机纳米微粒的团聚，使纳米微粒能长期稳定的存在。所以制备复合吸波材料并不仅仅是无机相和有机相单独的纳米技术，更主要的是复合的纳米技术。材料的分子设计十分重要。近年来发展建立起来的制备方法也多种多样，可大致归为四大类：纳米单元与高分子直接共混；在高分子基体中原位生成纳米单元；在纳米单元存在下单体分子原位聚合生成高分子；纳米单元和高分子同时生成。各种制备纳米复合材料方法的核心思想都是要对复合体系中纳米单元的自身几何参数、空间分布参数和体积分数等进行有效的控制，尤其是要通过对制备条件(空间限制条件、反应动力学因素、热力学因素等)的控制，以保证体系的某一组成相一维尺寸至少在纳米尺度范围内(即控制纳米单元的初级结构)，其次是考虑控制纳米单元聚集体的次级结构。
下面一个例子就是纳米技术在吸波材料中的应用，它表现了当吸波材料铁氧体在进入纳米级别后吸波性能的优化[6]。图1是铁氧体与导电复合物的质量分数为20％的纳米复合物(其中纳米粒子是共沉淀法制备的10nm的铁氧体)与非纳米复合物(其中的铁氧体为江苏宜兴和桥无损探伤材料厂生产的350目粒子)在8—12GHz范围内对电磁波的反射系数R随频率f变化的曲线。从图中可以看出，两者的曲线走势基本相同，不同之处是整个频段内纳米复合物的吸收率均高于非纳米复合物。
图1 纳米与非纳米复合物反射系数随频率变化曲线
2 计算机辅助设计在吸波材料中的应用
在科研过程中，人们找到了材料参数与吸波性能之间的关系，但实际应用中对诸如材料匹配、参数控制等的复杂计算都必须借助于计算机，这就是计算机辅助设计。计算机辅助设计一般包括以下内容：由材料的电磁参数计算材料的吸波性能；由达到要求的吸波性能(带宽、吸收率等)选择材料(即材料的电磁参数与几何厚度等)；限定材料参数与几何厚度时如何复合这些材料才能达到最佳效果。一般来说，通过计算机辅助设计可以做到：根据材料的电磁参数可以计算出在给定材料厚度，频率下的吸波性能。(2)给定最大允许反射系数可设计在某频率范围或某中心频率附近的最大工作带宽与相应的材料参数。(3)给定最大允许反射系数与带宽可以设计材料的电磁参数等[7]。
目前计算机辅助设计主要有以下两种方法[8]。
(1)跟踪计算方法
所谓跟踪计算法，就是跟踪计算电磁波在各层材料中的折射波，而将反射波暂存起来，计算程序将利用折反射出吸波材料的全部数据计算出材料的整体反射系数。
(2)优化设计方法
在吸波材料设计中，除考虑增大材料对电磁波的吸收外，还要考虑到材料电磁参数的匹配。对于多层吸波材料，分层组配尤其重要。显然，仅仅依靠实验手段进行研究需要投人大量人力和物力，并且需要较长的研究周期。因此，有必要在理论
上探讨材料在较佳吸收情况下电磁参数的取值规律，从而实现优化设计．优化设计的目的是寻找吸波材料整体反射系数最小时，各层材料电磁参数εi εi"，μi μi'，d的取值。
下面就是一个通过计算机辅助设计很好的找出最佳配比，免去大量实验步骤的示例。
表1是入射频率在5—13GHz范围内3层吸波材料取不同组合方案时的电磁参数，图2为对应的二维吸收曲线，可以看出3组方案中，第一组最好。
横标是频带宽度，纵标是吸收率
图2 吸波材料取不同组合方案时的电磁参数对应的二维吸收曲线
Fig 2 The comparison of different constitutions with a triple layer absorber
表1 吸波材料取不同组合方案时的电磁参数
Table 1 Electromagnetic parameter towards different constitution of triple layer absorber
3 其它隐身材料
3．1 智能隐身材料[12~13]
智能材料与结构系统是近年发展起来的新型高科技材料。将具有独特物理、化学性质的材料作为传感器，在具有传感和驱动功能的材料中加入控制功能，便成为智能材料。智能材料具有感知功能(信号感受功能或传感器功能)、信息处理功能(处理器功能)、自我指令并对信号作出最佳响应的功能(作动器功能或执行功能)。目前这种材料已被广泛应
用于军事与航空领域。它的这些特殊功能同时也为其实现隐身功能提供了可能性。
3．2 等离子隐身材料[l4~15]
等离子技术是一种新型隐身技术，在俄罗斯率先应用。而正是凭借它，俄罗斯的隐身飞机系统远远超过美国最先进的隐身技术。可以说这是目前已经使用的最先
进的隐身技术。
等离子体隐身技术是指利用等离子体回避探测系统的一种技术。目前产生隐身等离子体的方法主要有两种：一种是利用等离子体发生器产生等离子体，即在低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、电离形成等离子体；另一种是在兵器特定部位(如强散射区)涂一层放射性同位素，它的辐射剂量应确保它的α射线电离空气所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度，以确保对雷达波有最强的吸收。据报道，采用该技术的飞行器被敌方发现的概率可降低99%。等离子体隐身技术具有很多优点：吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜；无须改变飞机的外形设计，不影响飞行器的飞行性能。此外，俄罗斯进行的风洞试验表明，利用等离于体隐身技术还可以减少飞行器飞行阻力30%以上。自60年代以来，美国、前苏联等军事强国就开始研究等离子体吸收电磁波的性能。近年来，等离子体隐身技术在俄罗斯取得了突破性进展，其研
究领先于美国。据俄罗斯前不久进行的隐形试验表明：应用等离子隐形技术隐形，可使米格1．44飞机雷达截面在4—14MHz频率范围内，雷达获取回波信号强度减少到原来的1％。
3．3 应用仿生技术
试验证明，海鸥虽与燕八哥的形体大小相近，但海鸥的雷达反射截面比燕八哥的大200倍。蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大l6倍。有关科学家们正在研究这些现象，试图采用仿生技术，寻求新的隐身技术。
3．4 手征吸波涂层
吸波涂层是在基体树脂中掺和一种或多种具有不同特性参数的手征媒质构成。手征材料[8]是一种双(对偶)各向同性(异性)的功能材料，其电场与磁场相互耦合．理论研究认为手征材料参数可调，对频率敏感性小，可达到宽频吸收与小反射要求[9~10]。在80年代，手征材料对微波的吸收、反射特性的研究开始受到广泛重视，在实际应用中主要有两类手征物体：本征手征和结构手征物体。本征手征物体本身的几何形状即具有手征，如螺旋线等。目前研究的雷达吸波型手征材料是在机体材料中掺杂手征结构物质形成的手征复合材料。由于只有与入射波长尺寸相近的手征材料才能与人射波相作用，因此基体中掺杂的手征物质应具有与微波波长同量级的特征尺寸。但从实际应用考虑特征尺寸的范围为0.01～5ram更合适 ，这样便于将手征掺杂物嵌
入基体中。
4 吸波材料的发展趋势
近期来国外对吸波材料的研究十分活跃，国内也正在密切注视国外在此领域的研究动态，并积极开展我国隐身材料的研究。纳米材料由于其结构尺寸在纳米量级，物质的量子尺寸效应和界面效应等对材料性能产生重要影响，特别是纳米材料具有
极高的电磁波吸收特性，已成为吸波材料研究发展中的一个新领域。智能材料因具有感知功能、信号处理功能、自己指令并对信号作出最佳响应的功能而成为隐身材料研究的一个热点。而最理想的吸波涂层是其化学成分能使电磁波在其内的波长不因入射波的频率变化而变化，但目前国内外尚未做到这一点。在先进复合材料基础上发展起来的既能隐身又能承载的结构型吸波材料具有涂覆材料无可比拟的优点，是当代隐身材料主要发展方向。其研制的关键是复合材料层板的研制与其介电性能的设计匹配，有“吸、透、散”功能的夹芯材料的研制与设计以及各个因素的优化组合匹配等。应用计算机辅助优化设计在有限的条件约束下为结构层吸波材料的研究提供了方便，可望近期内对结构型吸波材料及其结构型式的研究会有更大发展。
当然新的隐身机理可以给隐身材料的开发带来更多的思路，比如仿生学隐身机理、等离子体隐身机理、有源隐身机理等这些都将给隐身材料的设计带来更广阔的空间。