光子晶體材料：為裝備穿上“隱身衣”

????????警用裝備網(wǎng)訊：?國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院教授時(shí)家明團(tuán)隊(duì)，20年來緊盯光子晶體這一前沿領(lǐng)域，先后攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出能同時(shí)防御可見光、紅外、激光等多個(gè)波段偵察和制導(dǎo)的新型隱身材料，為我軍裝備戰(zhàn)場(chǎng)生存能力躍升提供了有效支撐。

　　能同時(shí)防御可見光、紅外光等

　　夏夜，某實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)，一輛戰(zhàn)車自山下顛簸而來，灼熱的引擎蓋上，覆蓋著一層薄膜。

　　不遠(yuǎn)處，國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院教授時(shí)家明的目光，正隨著遠(yuǎn)紅外熱像儀的鏡頭向車身聚焦。他凝神聚氣，一邊調(diào)節(jié)測(cè)溫點(diǎn)，一邊仔細(xì)捕捉引擎蓋表面的熱輻射波動(dòng)，有如經(jīng)驗(yàn)老到的中醫(yī)給病人懸絲診脈。

　　紅外熱像圖上，貼了“退燒貼”的引擎蓋混沌漆黑，與茫茫背景融為一體?！百N附我們的材料后輻射特征明顯下降，隱身效果不錯(cuò)！”面對(duì)近乎完美的試驗(yàn)結(jié)果，時(shí)家明欣然一笑，囑咐大家抓緊采集數(shù)據(jù)。

　　引擎蓋上的這劑“退燒貼”，是一種光子晶體柔性復(fù)合隱身材料，該材料可以通過抑制目標(biāo)熱輻射，達(dá)到讓目標(biāo)實(shí)現(xiàn)紅外隱身的效果。近20年來，時(shí)家明帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)緊盯光子晶體這一前沿領(lǐng)域，先后攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出能同時(shí)防御可見光、紅外、激光等多個(gè)波段偵察和制導(dǎo)的新型隱身材料，為我軍裝備戰(zhàn)場(chǎng)生存能力躍升提供了有效支撐。

　　打通理論到實(shí)踐的“任督二脈“

　　隨著軍事偵察和精確制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，我重要經(jīng)濟(jì)和軍事目標(biāo)面臨的威脅與日俱增，信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，目標(biāo)加強(qiáng)隱身防護(hù)迫在眉睫。

　　2005年，長(zhǎng)期致力于電子防護(hù)和光電對(duì)抗研究的時(shí)家明，從國(guó)外文獻(xiàn)中了解到，光子晶體是具有光子帶隙的周期性介電參數(shù)的結(jié)構(gòu)型材料，通過調(diào)節(jié)其光學(xué)特性，可抑制自發(fā)輻射。心懷強(qiáng)國(guó)強(qiáng)軍的憂思，時(shí)家明開始思考這一技術(shù)在軍事偽裝領(lǐng)域上的應(yīng)用。

　　盡管“光子晶體理論”早在上世紀(jì)80年代末就被國(guó)外科學(xué)家率先提出，但多年以來一直停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。其作為隱身材料，理論上是否可行尚且存疑，更遑論加工制備。

　　條件不成熟，前景也不明朗，但時(shí)家明和團(tuán)隊(duì)成員堅(jiān)信，困難意味著工作的價(jià)值，如果等萬事俱備，恐怕也就失去了戰(zhàn)略博弈的先機(jī)。

　　仿真計(jì)算是實(shí)現(xiàn)理論跨越的第一道關(guān)隘。按照內(nèi)部材料周期性排列的不同，光子晶體可分為多種類別，每種類別的微觀結(jié)構(gòu)迥異。當(dāng)時(shí)，正在攻讀博士的團(tuán)隊(duì)成員趙大鵬依稀記得，為挑選出隱身性能最佳的光子晶體結(jié)構(gòu)，大家不得不同時(shí)在數(shù)臺(tái)電腦上編程、運(yùn)行，以加速獲取各類仿真結(jié)果。

　　完成了仿真計(jì)算，如何加工出實(shí)物成為又一道擺在團(tuán)隊(duì)面前的難題。缺儀器、缺設(shè)備、缺工藝……全體成員歷經(jīng)數(shù)月的考察、研究和動(dòng)手改進(jìn)，并利用輾轉(zhuǎn)“淘”來的一臺(tái)光學(xué)鍍膜機(jī)，摸索著制作出一個(gè)僅有眼鏡片大小的硅基底小樣。

　　2007年夏天，趙大鵬和師弟帶著剛剛制備的小樣前往地方院校的理化中心進(jìn)行反射率測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，鍍有光子晶體的樣品反射率遠(yuǎn)高于作為標(biāo)準(zhǔn)參照物的平整金表面的反射率。而其他性能的測(cè)試，同樣得到了可喜的結(jié)果。

　　天道酬勤！攻克這項(xiàng)重大技術(shù)的理論基礎(chǔ)難關(guān)，如同打通了任督二脈。任督通，則百脈皆通。受此鼓舞，團(tuán)隊(duì)將目光投向?qū)嵮b運(yùn)用，進(jìn)一步加快了工程化的腳步。

　　為裝備隱身開出“貼敷“妙方

　　幾十年來，時(shí)家明始終將國(guó)防需求作為第一選擇，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的煙幕材料已成功應(yīng)用于4種型號(hào)裝備配發(fā)全軍多個(gè)部隊(duì)，并一直被使用至今。

　　團(tuán)隊(duì)深知，使用硅基底鍍膜所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)雖好，卻無法真正運(yùn)用于實(shí)戰(zhàn)。若要真正達(dá)到隱身效果，必須以柔性材料為基底，貼附于武器裝備的表面。

　　在上級(jí)支持下，團(tuán)隊(duì)正式向隱身柔性薄膜的批量制備難題發(fā)起沖鋒。

　　酷暑時(shí)節(jié)，時(shí)家明一行風(fēng)塵仆仆地來到國(guó)內(nèi)某紡織廠，拜訪廠方的技術(shù)專家。此前，他們已調(diào)研多家單位，拿回了上百種不同面料的樣品，但始終沒能解決光子晶體牢固附著的難題。時(shí)家明此行，正是想游說紡織廠與他們合作，共同為布料改性。

　　朔風(fēng)呼嘯、人跡罕至的北方山區(qū)里，團(tuán)隊(duì)骨干陳宗勝、李志剛與同事身背儀器，實(shí)測(cè)裝備隱身性能。近年來，類似這樣的外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)已進(jìn)行了20余次，每一次團(tuán)隊(duì)人員都是舟車勞頓、餐風(fēng)宿雨。

　　為探索膜料的沉積速率、膜厚分布，團(tuán)隊(duì)中青年骨干們長(zhǎng)期泡在實(shí)驗(yàn)樓里，守在轟鳴的鍍膜機(jī)旁，重復(fù)著一系列繁瑣的操作，將“百煉鋼化成了繞指柔”。

　　物有甘苦，嘗之者識(shí)；道有險(xiǎn)隘，履之者知。工程實(shí)踐中，“嘗試-再嘗試”“失敗-再失敗”，這個(gè)輪回究竟歷經(jīng)了多少次，團(tuán)隊(duì)成員誰也說不清楚。

　　經(jīng)過刻苦的攻關(guān)，課題組在薄膜均勻性控制等多項(xiàng)技術(shù)上取得了重大突破，成功為裝備隱身開出了“貼敷”妙方。

　　實(shí)現(xiàn)多波段探測(cè)下“不露聲色“

　　若不是親眼所見，恐怕很多人都不會(huì)相信，這張薄如蟬翼、輕若煙霧的薄膜，竟可以直接貼附于目標(biāo)表面，防御可見光、紅外、激光等多個(gè)波段偵察和制導(dǎo)。

　　由于偵察和制導(dǎo)武器的工作波段已覆蓋了可見光、紅外、激光等多個(gè)波段，因此隱身也必須在多波段發(fā)力。

　　然而，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)車發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫目標(biāo)的紅外隱身，需抑制偵察波段內(nèi)的紅外輻射，但激光和雷達(dá)的偽裝技術(shù)卻基于完全相反的原理，因此同一件“隱身衣”無法在不影響散熱的前提下，同時(shí)滿足熱紅外、激光和雷達(dá)波隱身。

　　“能不能利用光子晶體的禁帶特性，讓電磁波在不同波段上自如地吸收和反射？”“理是這么個(gè)理，想做出來太難！”“不難還能叫攻關(guān)？”歷經(jīng)多次“頭腦風(fēng)暴”，課題組開啟了新一輪研究。時(shí)家明給團(tuán)隊(duì)提出要求——回歸理論，把光子晶體的特性研究透，然后邊學(xué)邊干，直至拿出實(shí)物。

　　最終，一份給“光譜挖孔”的構(gòu)想擺上了桌面，大家一致決定，人為破壞光子晶體的周期結(jié)構(gòu)，引入缺陷、對(duì)癥下藥，調(diào)控裝備在多個(gè)波段的電磁波輻射，使裝備在敵人施加的多波段探測(cè)上“不露聲色”，同時(shí)又不影響目標(biāo)的正常工作與散熱。通過精心的演算和制備，團(tuán)隊(duì)終于成功研制出集多項(xiàng)功能于一身的復(fù)合隱身材料，實(shí)現(xiàn)了多波段隱身能力。

　　2018年，基于光子晶體技術(shù)的柔性復(fù)合隱身新材料亮相第十三屆重慶高交會(huì)。當(dāng)前，該項(xiàng)目已具備規(guī)?；a(chǎn)能力，并與多個(gè)單位達(dá)成了合作意向。

　　“目前，我們又瞄準(zhǔn)了未來實(shí)戰(zhàn)需求，向強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)等新興技術(shù)發(fā)起了新的沖擊。置身于激烈的軍事競(jìng)爭(zhēng)中，惟有拼搏、再拼搏，超越、再超越?！睍r(shí)家明說。

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