《Infrared Physics & Technology》：Study on attenuation characteristics of graphite materials in infrared stealth
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红外屏蔽效果比较及商用石墨替代研究。采用静态衰减（KBr和PE片）与动态烟箱测试结合方法，对比分析军用级与两种商用石墨（HH-FG HM-FG）的红外透射率（6.96-11.90% 8.65-12.26%）和衰减系数（4.04-5.13 m2/g），发现三种材料在3-14μm波段性能无显著差异，烟箱测试显示衰减率90.70-96.20%和71.00-87.00%。研究建立商用石墨红外屏蔽评价体系，为军事烟幕材料选型提供依据。
黄文坚|吴国辉|王杰创|张寅忠|林清伟
台湾国防大学中兴技术学院化学与材料工程系，桃园
摘要
本研究采用仪器分析方法，比较了军用级石墨与两种商用石墨的材料性能和红外屏蔽性能。静态衰减测试采用了溴化钾（KBr）法和聚乙烯（PE）薄膜法，动态测试则使用烟雾箱法来研究石墨材料对红外光的衰减性能。石墨材料的屏蔽效果和消光系数（α）通过热成像仪和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）进行测量。这三种石墨材料具有相似的微观结构、晶体结构和表面特性，因此它们的红外屏蔽效果和α值没有显著差异。实验结果表明，在3～5/8～14 μm的波长范围内，三种石墨材料的平均红外透射率（T）分别为6.96～11.90/8.65～12.26；消光系数（α，m2/g）分别为4.10～5.13/4.04～4.71。此外，这三种石墨材料在薄膜/烟雾箱中对红外光（8～14 μm）的衰减率（ρ）分别为90.70～96.20/71.00～87.00。本研究成功建立了商用石墨红外屏蔽效果的分析技术和评估标准，为军用烟雾屏蔽材料的选择提供了参考。
引言
红外制导技术具有精度高、隐蔽性好、性价比高和灵活性强的优点。经过半个世纪的发展，它已成为反坦克导弹、空对地导弹、地对空导弹、空对空导弹和巡航导弹等武器和设备的主要制导方式之一[1,2]。随着激光和红外等精确制导武器的实际应用，相应的烟雾幕被动干扰光电对抗技术也迅速发展，并在对抗各种光电侦察和制导装置中发挥了重要作用。烟雾的遮蔽效率和干扰效果是评估光电对抗效果和进行战术部署的重要依据，也是烟雾幕技术的重要研究内容[[3], [4], [5], [6]]。烟雾是一种由分散相（固体或液体颗粒）和分散介质（大气）组成的气溶胶。它主要依靠烟雾颗粒对入射光波的吸收和散射以及烟雾自身的热辐射来干扰光波的正常传输和光电系统的目标探测。研究烟雾幕的最终目标是提高其在战场上的效果，并建立效果评估体系，这为烟雾幕材料的发展、释放方法的设计、战术部署以及战斗效果评估提供了重要基础。
烟雾幕材料的消光系数、屏蔽率或穿透率是评估其屏蔽效果的最重要技术指标。烟雾幕的形成是随机的，其边缘不规则，并且会随时间持续扩散和沉降。因此，测量烟雾穿透率的关键是在多个点同时进行连续测量[[7], [8], [9]]。烟雾幕材料的粒径、形态、缺陷、孔隙率和导电性对其抗红外性能有显著影响。烟雾幕材料的红外吸收机制是由于分子能级从低能状态向高能状态的跃迁所表现出的吸收效应。吸收衰减本质上是分子内能状态的变化[[10], [11], [12]]。实验表明，通过KBr片剂法或树脂膜法测得的红外光穿透光谱主要反映了材料结构对红外光的吸收。烟雾幕材料的红外光散射机制在于：烟雾幕是一种光学非均匀介质，其颗粒的大小、形状和孔隙不同，烟雾颗粒群的随机运动会导致红外光进入烟雾幕后发生不同程度的能量损失和光波畸变，如反射、折射和衍射。烟雾幕材料的消光机制是通过散射、反射和吸收入射电磁波来切断光电检测系统与目标之间的信号传输。制导武器的探测系统会受到烟雾幕的遮挡、干扰和盲区的严重影响，从而大大降低其精度。
文献中最常用的烟雾幕评估方法是实验测量法。根据实验环境条件，实验测量法可分为静态（KBr片剂和树脂膜）和动态（烟雾箱和现场喷洒）测试方法。最常用的烟雾幕性能评估方法是烟雾箱法和现场测试法，而消光系数的测定离不开片剂法[[13], [14], [15]]。KBr片剂法利用FTIR在3～5 μm和8～14 μm波长范围内测试材料的红外透射率，然后根据比尔定律计算材料的消光系数。此外，还使用红外热成像仪通过树脂膜法在8～12 μm波长范围内测试材料的红外光屏蔽率。烟雾箱法具有样品消耗少、条件可控和可重复测试的优点，广泛应用于研究烟雾幕材料的红外光衰减和屏蔽特性[[16], [17], [18], [19]]。大多数石墨材料具有良好的红外消光性能，能够形成相对稳定的抗红外烟雾气溶胶。然而，美国军用级石墨的成本较高且难以获取。因此，本文研究了国产商用石墨，通过研磨获得所需的粒径，分析了其孔隙结构和微观特性，测试了材料的红外消光性能，以寻找军用级石墨的替代品，扩展烟雾材料的来源。
实验材料与仪器
本研究从台湾数十家石墨粉制造商中选取了海鸿公司和鸿明科技有限公司提供的石墨粉，分别命名为HH-FG和HM-FG。石墨粉规格如下：(1) HH-FG石墨：平均粒径6.3 μm，堆密度0.4 mg/cm3；(2) HM-FG石墨：平均粒径5.4 μm，堆密度0.3 mg/cm3；(3) 美国军用级石墨粉（MS-FG）：片状结构，平均粒径4.9 μm，堆密度0.9 mg/cm3。
测试
石墨材料特性分析
根据文献，材料的粒径对其红外屏蔽性能有很大影响。石墨颗粒的红外消光效果主要取决于其对红外光的吸收和散射作用，其中散射作用大于吸收作用。在石墨颗粒不发生凝聚的前提下，粒径越小，其红外光屏蔽效果越显著。
结论
尽管烟雾幕是一种传统技术，但在现代战争中仍被广泛使用。随着红外侦察和制导技术的发展，使用烟雾幕来对抗红外探测的需求日益迫切。烟雾幕的红外屏蔽效果在很大程度上取决于材料本身的性能。因此，研究烟雾幕材料的红外屏蔽效果是非常重要的。
作者贡献声明
黄文坚：撰写——初稿。吴国辉：撰写——审阅与编辑。王杰创：数据整理。张寅忠：数据整理。林清伟：数据整理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
