综述:激光兼容多光谱隐身材料:机理、策略与未来范式

【字体: 时间:2025年06月21日 来源:Journal of Alloys and Compounds 5.8

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  这篇综述系统评述了应对多光谱探测(激光/红外/雷达)的下一代隐身材料,重点探讨了通过组分调控(如稀土离子Sm3+/Dy3+共掺杂)、微结构设计(光子带隙/超表面相位调制)实现跨波段(1.06-14 μm)电磁衰减的机制,提出包含反射率/发射率等9项指标的评价体系,为多谱段兼容隐身材料的性能优化与工程化应用提供前瞻指导。

  

激光与多光谱探测的博弈
现代探测技术已从单一激光波段发展为激光(1.06/1.54/10.6 μm)、红外(3-5/8-14 μm)和雷达的多模态协同体系。传统隐身材料如单一波段吸波涂层难以应对这种多维探测威胁,催生了跨谱段兼容隐身材料的研发需求。

材料设计机理的突破
在激光隐身领域,稀土离子(如Er0.88Dy2.00Sm1.66Al2O9)通过4f电子能级跃迁实现多光子吸收,将长波激光转换为短波辐射;半导体材料(如椭球形空心ATO微球)则利用载流子等离子体共振,在1.06 μm处反射率降至7%。碳基纳米材料(石墨烯/SiO2杂化填料)通过多重散射使反射能量低于10%,而超材料通过人工微结构实现对电磁波相位/振幅的精确调控。

多谱段兼容的创新策略
激光-雷达兼容方面,分层结构设计解决了雷达吸波(毫米级厚度)与激光隐身(微米级)的尺度矛盾。例如,将激光隐身涂层直接覆于雷达吸波层上,虽实现双功能但面临界面结合力挑战。激光-红外兼容则通过低发射率金属(Ag)与激光吸收组分(碳纳米管)的复合,平衡8-14 μm波段红外辐射抑制与1.06 μm激光吸收。可见光-激光兼容材料则引入光学迷彩与光谱选择性吸收的协同设计。

性能评价维度
研究者建立了包含9项核心指标的评价体系:

  1. 激光反射率(1.06/1.54 μm)
  2. 红外发射率(3-5/8-14 μm)
  3. 雷达吸收带宽
  4. 环境稳定性(湿热/紫外耐受)
  5. 极化不敏感性
    结构型材料(如光子晶体)在宽频调控占优,而功能型材料(稀土掺杂陶瓷)更易实现工业化制备。

挑战与未来方向
当前瓶颈包括:动态环境适应性不足(如温变导致性能漂移)、材料库有限(稀土组合优化空间大)、规模化制备成本高。未来趋势指向智能响应材料(温/光致变色)、仿生多尺度结构设计,以及基于机器学习的多组分材料逆向设计。

结论
多光谱隐身材料的进化路径已从简单功能叠加转向机理融合创新。通过量子点能带工程、超表面波前调控等跨学科技术,下一代材料将实现"侦测即失效"的主动隐身范式,为航空航天装备生存力提升提供关键技术支撑。

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