磁性纳米材料在武警部队军事装备中的应用浅述.pdf

磁性纳米材料在诸多领域有着广泛应用.本文从隐身迷彩、微特发动机、抗电磁干扰器件等方面来展望了磁性纳米材料在武警军事装备中的应用,为武警部队军事装备的技术升级提供参考.关键词:磁性纳米材料;武警部队;军事装备;应用中图分类号:T J 文献标识码:A文章编号:S Y ()磁性纳米材料通常分为三大类,功能性磁性纳米薄膜(二维),一维磁性纳米线,以及零维的磁性纳米颗粒.三大类磁性纳米材料已经被广泛应用于各类大型装备和大国重器.譬如拥有巨磁阻效应的GMR磁性多层膜结构可用于磁性随机存储和数据读写,使得军用电子设备效率极大提高;而拥有吸波特性的零维磁性纳米晶用于隐身战机的涂层,实现战斗机对雷达的隐身功能.针对武警部队的军事装备小型化、弱火力的特点,若将解放军军种的大型重武器及所应用的尖端前沿科技加以改造,应用于武警部队列装,将极大的提高武警部队的战斗力,适应未来战争的新趋势.本文力图从隐身迷彩、微特发动机、抗电磁干扰器件等方面来浅述与探讨磁性纳米材料在武警部队军事装备中的应用和前景,有助于促进武警部队军事装备技术手段更新,提高作战打赢能力.磁性纳米吸波材料用于制备新型防探测“隐身”迷彩磁性纳米材料由于几何尺寸小,能极大减小对雷达发射电磁波的反射;磁损耗大,将电磁波的能量以磁滞、涡流等形式耗散,因而对于雷达等波段的电磁波有极大吸收率.国外常把铁氧体纳米颗粒、C o N i纳米颗粒、“超黑粉”纳米材料等磁性纳米吸波材料作为作为涂层用于飞机、导弹、航母、军舰等大型装备武器的表层,可免于被对方的雷达探测波识别和发现,从而达到“隐身”的效果.美国的“超黑粉”纳米材料,能够吸收 的电磁波,使得在海湾战争中美国的战斗机躲过了伊拉克的严密雷达监视;俄罗斯利用高磁导率高磁损耗的纳米晶薄膜制备了 微米厚的超薄型多层膜吸波材料;法国研制出了能吸收超高频电磁波的多层膜宽频吸波涂层.隐身迷彩的研制上,俄罗斯开发了能隐藏穿戴者热特征的R a t n i k 外骨骼设计;美国的军用迷彩U L C AN S多光谱伪装技术可更好提供红外和热辐射保护,对抗反对派组织的夜视传感器和探测设备的侦察.目前全球“隐身”迷彩的研制多为红外隐身和热辐射隐身,还达不到全电磁波段的隐身,而我国的“隐身”迷彩的研制尚在起步阶段,研究较少且不成体系.对于我国武警部队隐身迷彩的研制可从两个方面入手,一是利用吸收波段在红外波段的吸波纳米磁性材料和隐身迷彩的编织实现着装战士红外波段的隐身,以在单兵作战时躲过红外探测仪、微光夜视仪的生命体探测,以达到国际先进水平.纳米超细粉除了吸收雷达波,还能吸收红外线和部分可见光,因此纳米超细粉可作为我国隐身迷彩研制的目标材料之一;二是研制出全波段、宽屏带的隐身迷彩,以躲过红外成像、激光及雷达等敌方复合探测方式,从而实现赶超、跻身隐身迷彩领域国际领先水平.全波段隐身迷彩实现路径之一是可用物理化学手段制备不同波段的吸波纳米磁性复合颗粒,以达到宽屏带覆盖.纳米交换耦合永磁材料用于无人机或轻型直升机的微特发动机永磁材料因为最大磁能积高,剩磁通密度高,矫顽力大,能在高温等极端环境保持稳定磁性,常用于大型军用战斗机的发动机中.而磁能积、剩磁通密度、以及矫顽力三个磁学量同时保持较高水平是较为困难的.一个解决方向是高原子磁矩、高磁晶各向异性(导致高矫顽力)的稀土元素与居里温度较高的钴()铁()结合,能得到高剩磁、高矫顽力、高温下磁性稳定的永磁材料;另外纳米尺度可使得磁性材料的磁畴变为单畴,因而进一步提高矫顽力和永磁性能.因而目前最新研制的铁合金/稀土永磁合金(例如F eB/N dF e B以及F e/N dF e B)组成的纳米交换耦合永磁材料比传统永磁材料性能更优,可替换原有战机发动机中的传统永磁材料,使战机在高温下依然能保持更稳定性能.对于武警部队而言,常常使用小型无人机和轻型直升机来执行特定任务.我们可以在武警部队列装的无人机和轻型直升机的微特电机中使用纳米交换耦合永磁材料替代传统永磁材料,相较于传统永磁材料,同时拥有最大磁能积高,高密度剩磁通,大矫顽力、且在高温下依旧性能稳定的纳米交换耦合永磁材料,将使无人机或轻型直升机作战性能更优.特别是其巨大磁能积,满足轻型战机的微特电机中关于退磁场小以及剩磁高的要求.未来武警部队一方面可对现有无人机及轻型直升机升级换代,在电机中以国际研究最新的纳米交换耦合永磁材料替换传统永磁材料,达到性能提升的目的;另一方面可自主研制兼具更高磁能积,更高密度剩磁通,更大矫顽力且具有更高温度稳定性的复合永磁材料.纳米晶软磁材料用于海警海上执法维权抗电磁干扰当前的战争是信息战、电子战,常会遭遇来自敌人的电磁欺骗和电磁干扰.纳米晶软磁材料具有高饱和磁化强度、高磁导率、矫顽力低下,铁损低等优点,因而可用作抗电磁干扰滤波器(EM I F)器件,以降低芯损成本、扩展其高频工作.EM I T器件安装于接受及发射电磁波信号的系统电子装备中,是解决当前电子战敌人利用电磁欺骗及干扰进行信号攻击的最佳途径.在抗电磁干扰方面,日本东芝公司开发出系列用于开关模式功率供给、A D D C转换等军事通讯领域的EM I F器件.而对武警部队而言,武警下属的海警部队有海上执法维权的职责,可能面临由地缘政治导致的疆海局域近以及战深入敌域远洋作战的任务.因而在大海航行时极有可能因地方电磁干扰而不能接收到卫星信号及我方通讯,以至于丧失航向和战斗力.因而在功率线引入端安装EM I F能极佳解决敌方电磁干扰问题.使纳米晶尺度更小更精细能进一步降低软磁材料的矫顽力,提高磁导率,达到降低芯损成本、扩展其高频频段的目的.未来武警部队也可自主研制更小矫顽力与更大磁导率的磁性纳米晶颗粒,以开发出具有更低芯损成本、更高高频频段的抗电磁干扰滤波器器件,应用于海警列装中.磁性纳米材料在武警军事装备中的其他应用除了以上三类应用,还有诸如纳米金属磁粉用作武器燃料可提高燃烧效率;纳米巨磁阻(GMR)结构提升武警部队计算机信息存储能力;纳米钇铁石榴石(Y I G)结构制备的微波器件用于测量仪器和军事电子设备的发展等,这些方面的应用与发展前景也待和武警部队的特殊使命任务相结合挖掘探究.总结及展望本文从理论上展望了磁性纳米材料在武警部队军事装备中应用的可能性,浅述了磁性纳米材料在武警部队军事装备中的应用,无论是磁性纳米吸波材料用于“隐身”迷彩,还是纳米交换耦合永磁材料用于无人机或轻型直升机的微特发动机,以及纳米晶软磁材料用于海警海上执法维权抗电磁干扰,都能极大改进武警部队军事装备性能,提高武警部队的作战能力.A p p l i c a t i o no fM a g n e t i cN a n o m a t e r i a l s i nM i l i t a r yE q u i p m e n t o fA r m e dP o l i c eF o r c eZHANGX i a o m i n(E n g i n e e r i n gU n i v e r s i t yo fP A P,X ia nS h a a n x i )A b s t r a c t:M a g n e t i cn a n o m a t e r i a l sa r ew i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s T h i sp a p e rd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o no fm a g n e t i cn a n o m a t e r i a l s i nt h em i l i t a r ye q u i p m e n to ft h ea r m e dp o l i c ef r o mt h ea s p e c t so fs t e a l t hc a m o u f l a g e,m i c r o s p e c i a le n g i n ea n da n t i e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c ed e v i c e s,a n dp r o v i d e sr e f e r e n c ef o rt h et e c h n i c a lu p g r a d i n go f t h em i l i t a r ye q u i p m e n to f t h ea r m e dp o l i c e f o r c e K e yW o r d s:N a n o m a t e r i a l s;A r m e dp o l i c e f o r c e;M i l i t a r ye q u i p m e n t;A p p l i c a t i o n s参考文献林培豪,曾中明纳米磁性材料的研究进展J电工材料,():张晓春,李仲湘,张超飞机和导弹的隐身技术J通信与广播电视,():秦润华纳米吸波材料的物理实质及研究进展J红外,():张世全,魏兵物理学原理的军民融合应用M西安:陕西师范大学出版总社,陕 西 国 防 职 教 研 究