红外透波材料的研究发展讲课稿
透红外材料.ppt
气体将分解离化，产生出含碳基因的原子氢等，他 们的相互作用将促使构成金刚石的C-C sp3杂化键 形成从而在基片表面沉积出金刚石或金刚石膜。
HFCVD沉积系统的结构特点是装置简单，操作方便， 工艺特点是金刚石的生长速率较快，沉积参数范围 较宽，要求不严格，能获得质量较高、面积较大的 金刚石膜，便于实现工艺画生产，因此HFCVD法师 目前应用较多的一种方法。但对光学、电子应用的 金刚石膜的制备不合适。
3.2.2 等离子体化学气相沉积法
等离子体化学气相沉积法的基本原理是利用 气体放电使反应气体等离子化，分解出C、 CH、CH2和CH3等多种含碳性基团及原子氢， 从而在基片表面沉积出金刚石膜。根据放电 方式的不同，这类技术又分为直流等离子体 CVD、直流等离子体喷射CVD、高频等离子 体CVD、微波等离子体CVD、电子回旋共振 等离子体CVD和激光等离子体CVD法等。
3.热压多晶材料 4.红外透明陶瓷
5. 透红外塑料
6.金刚石和类金刚石膜
三、透红外材料的制备
（一）金刚石膜 金刚石是一种很受欢迎的红外透波材料，自被发现以
来，气优异的物理化学性能就吸引了全世界的目光， 但由于天然金刚石的尺寸和形状不能达到在光学方 面的应用，因此早期研究一直局限在其力学性能等 方面。这是由于在晶体材料中金刚石是唯一一种在 7—15um综合透光性、导热性、强度、硬度、耐蚀 性都比较理想的红外透波材料适合高温和恶劣环境 使用。
红外光学玻璃主要有以下几种：硅酸盐玻璃、铝酸 盐玻璃、镓酸盐玻璃、硫属化合物玻璃。
氧化铝透明陶瓷不只是透过近红外，而且还可以透 过可见光。稀有金属氧化物陶瓷是一类耐高温的红 外光学材料，其中的代表是氧化钇透明陶瓷。
ห้องสมุดไป่ตู้
关于红外探测材料的发展及应用探讨
关于红外探测材料的发展及应用探讨1. 引言1.1 红外探测材料的意义红外探测材料在现代科技发展中具有重要意义。
随着红外技术的不断发展和应用，红外探测材料作为红外探测器的核心部件，在军事、民用、医疗等领域都发挥着重要作用。
红外探测材料能够将红外辐射转化为电信号，实现对物体表面温度、光谱等信息的检测和识别，具有高灵敏度、快速响应、大容量等特点。
红外探测材料的意义在于其广泛的应用前景。
在军事领域，红外探测材料可用于导弹制导、目标探测、情报侦察等任务，提升作战效率和命中精度。
在民用领域，红外探测材料可用于红外监控、无人机导航、智能家居等方面，提高生活质量和安全性。
在医疗领域，红外探测材料可用于医学成像、疾病诊断等方面，提升医疗水平和治疗效果。
研究和发展红外探测材料具有重要意义，不仅可以推动红外技术的进步，也可以促进各领域的发展和应用。
随着科技的不断进步，红外探测材料必将发挥更加重要的作用，并为人类社会带来更多的便利和发展机遇。
1.2 红外探测技术的发展在军事领域，红外探测技术已经成为现代军事装备中不可或缺的一部分。
它可以帮助军事人员在夜间和恶劣天气条件下进行目标识别和导航，提高作战效率和精度。
红外探测技术也可以用于监测敌方的热源和活动，起到预警和侦察的作用。
在民用领域，红外探测技术被广泛应用于安防监控、智能家居、自动驾驶等领域。
通过红外探测技术，可以实现对室内外环境的监测和控制，并提高生活和工作的便利性和安全性。
在医疗领域，红外探测技术则可以用于医学影像诊断、体温监测、血液流速检测等方面。
通过红外探测技术，可以实现对人体健康状况的监测和诊断，提高医疗服务的水平和效率。
随着红外探测技术的不断发展和创新，相信其在未来会有更广阔的应用前景。
1.3 本文的研究目的本文的研究目的是探讨红外探测材料在当前科技领域中的意义和应用。
随着科技的不断发展，红外探测技术在军事、民用和医疗领域中起着越来越重要的作用。
通过深入研究红外探测材料的分类和特性，我们可以更好地了解其在不同领域中的应用潜力和发展趋势。
高温透波材料研究现状和展望
高温透波材料研究现状和展望
高温透波材料在航空航天、动力装备、核能等领域具有广泛的应用前景。
为了满足高
温工况下的组件传热、抗氧化、排放等要求，需要开发一种具有高透波性和高温下性能稳
定的材料。
目前，高温透波材料的研究主要聚焦于以下几个方向：
1.无机透波材料
无机透波材料的优点是性质稳定，压力和热稳定性非常好，同时具有良好的热传导性
能和机械强度。
氧化铝等材料是常见的无机透波材料，其具有较高的透光率和抗腐蚀能
力。
无机/有机复合透波材料的优点是透光率高，机械强度、抗热性和抗氧化性能也比无
机材料更好。
复合材料的制备方法主要有浸渍法、溶胶-凝胶法、机械法等。
纳米透波材料相比传统材料而言，具有表面积大、量子尺寸效应等独特特性，可以改
变材料的力学、光学、热学性质等方面，为高温透波材料的发展提供了新思路。
目前常见
的纳米透波材料包括金属纳米颗粒、纳米管道和纳米片等。
1.新材料的开发
针对高温透波材料在实际应用中需要具有的高透光率、高温稳定性、耐腐蚀性等性质，需要探索新型材料的开发。
2.研究透波机理
了解透波光学材料的透波机理是深入理解其构造和性质的基础，这对材料的改进和应
用起到重要作用。
3.集成和制备新工艺的开发
目前高温透波材料的制备需要复杂的制备工艺，如何开发新工艺简化制备过程并提高
材料性能是未来研究的重点。
总之，高温透波材料的研究具有重要的意义，其除了在航空航天、动力装备、核能等
领域有广泛的应用前景外，还可以为光电子技术、光学成像技术等提供基础材料支撑。
红外光谱法在高分子材料分析中的应用 ppt课件
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LOREM IPSUM DOLOR LOREM
②内部因素
由于分子结构上的原因引起的变化
主要是诱导效应、共扼效应、氢键效应、耦合效应等 的影响。
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2、影响谱图质量的因素
①仪器参数的影响光通量、增益、扫描次数等直接影响信噪 比，同时要根据不同的附件及测试要求及时进行必要的调 整，以得到满意的谱图。 ②环境的影响光谱中的吸收带并非都是由光谱本身产生的， 潮湿的空气、样品的污染、残留溶剂、由玛瑙研钵或玻璃 器皿所带入的二氧化硅、溴化钾压片时吸附的水等原因均 可产生附加的吸收带，故在光谱解析时应特别加以注意。
因此对同一高聚物在各种相态中都应该相同。
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三、影响频率位移和谱图质量的因素
1、影响频率位移的因素
外部因素 内部因素
2、影响谱图质量的因素
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LOREM IPSUM DOLOR LOREM
1、影响频率位移的因素
了解频率位移的因素和位移的规律对鉴定工作很有 用处，例如某一含C=O的化合物在1680cm-1有吸收峰时 会有两种可能性，一种可能性是酰胺中的C=O；另一种 可能则是由于酮C=O与某些基团共轭而导致频率低移。 若是酰胺则要找出－NH的吸收峰来；若是共轭酮的 C=O则要进一步找出与之共扼的基团来。 素和内部因素两方面的影响。
③厚度的影响样品的厚度或合适的样品量是很重要的，通常 要求厚度为10～50μm，对于极性物质如聚酯要求厚度小一 些，对非极性物质如聚烯烃要求厚一些。有时为了观察弱 吸收带，如某些含量少的基团、端基、侧链，少量共聚组 分等，应该用较厚的样品测定光谱，若用KBr压片法用量 也应作相应的调整。 13 PPT课件
材料分析测试技术红外PPT学习教案
1385-1380cm-1
1372-1368cm-1 1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
CH3 δs C—C骨架振动 1155cm-1
1:1 1170cm-1
4:5 1195 cm-
光谱选律
分子吸收一定频率的红外光后，其振动能级由基态(v=0)跃迁 到第一基发态(v=1)时所产生的吸收峰称为基频峰。而由基态跃迁 到第二激发态(v=2)、第三激发态(v=3)等所产生的吸收被称为二倍 频峰、三倍频峰等。三倍频峰以上因其跃迁几率小，一般都很弱 ，往往不能被检测。
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由于多原子分子振动的非谐振性，因此各种振动模式的能级间 可能存在着相互作用，当光子的能量等于两种基频跃迁能量总和 时，则可能同时激发两种基频振动到激发态，在光谱中就产生两 种频率之和的谱带，这种谱带的频率称为和频或合频，以1+2， 21+22等表示。
红外线的频率ν等于分 子振动的频率νm时才产 生共振吸收。 νm是谐振子圆频率，是分子的特征频率。
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E h h k 2
1 1 2c
k
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当 测 定 物 质 的分子 中基团 的振动 频率与 照射红 外光谱 的频率 相同时 ，此物 质就能 吸收这 种红外 光谱， 使分子 由振动 基态跃 迁到激 发态， 产生吸 收光谱 。
化学键 频率 C-H 3000 Si-H 2150
化学 键 频 率 F-H 40 00 Cl-H 28 90
Br
Ge-H 2070
–H 2650
Sn-H 1850 I –H 2310
红外光学材料第一章
第一章红外光学材料基础1.1 引言在研制和使用红外光学材料时，必然要涉及到材料的光学和力学性质，如透过率、吸收系数、发射率、折射指数、色散等光学性质，还有断裂强度、断裂韧性等力学性质，以及使用环境对材料性能的影响如抗热冲击、沙蚀、雨蚀等。
这就需要对这些参数的含义以及物理过程能有一个基本的了解。
因此，本章所叙述的基础知识都是直接和材料性能密切相关的，以便读者能比较容易的地了解以后的内容。
1.2 大气窗口高于绝对零度的任何物体都会产生热辐射。
这种热辐射本质上是电磁波，也称为电磁辐射。
其特性可以用频率ν和波长λ表示。
这种电磁辐射波的传播速度，c=λν，c为光速（c＝2.99792458×108m/s）。
自然界存在各种不同频率（或波长）的电磁波，如γ射线、х射线、紫外线、可见光、红外线、微波等。
在表1-1中给出了各种电磁波所对应的波长和频率。
根据普朗克理论，室温（300K）下物体辐射电磁波的波长处于红外波段。
先进的红外探测器（如InSb、HgCdTe、PbSnTe等）能在红外波段远距离“看见”辐射红外电磁波的物体形貌。
红外辐射经过在空气中的传播才可到达探测器。
理论和实验都证明大气层中辐射电磁波的传播将会随距离而衰减。
这是由于大气本身对辐射电磁波的吸收和散射作用，从而导致辐射电磁波强度随传播距离而降低。
表1-1各种电磁波所对应的波长和频率地球表面上的大气随着离开地面的距离按其特性（如温度、大气组成等）可分为五层：对流层（0 km ~12km），平流层（12 km ~50km），中间层（50 km ~80km），电离层（80 km ~500km），逸散层（500 km ~750km）。
影响人们生活以及红外光学应用主要是对流层，对流层的特点是气体密度大，且随高度的增加温度下降。
大气是由两部分气体组成。
不变气体（N2、O2、Ar、H、He等）和可变气体（H2O、CO2、CO、O3、CH4等）。
前者成分比例及含量基本上不随时间地点而变化，后者则随时间地点在变化，这两部分构成了大气的主要成分。
《红外课程》课件
红外辐射特性
红外辐射具有与可见光类 似的直线传播、反射、折 射等特性，同时还有其独 特的热效应。
红外辐射来源
自然界的物体都会发射红 外辐射，包括人体，因此 红外探测在军事、医疗、 科研等领域有广泛应用。
红外探测器工作原理
详细描述
目前，新型的红外材料与器件主要集中在以下几个方面：新型红外探测器、新型红外成像系统、新型 红外通信器件等。这些新型的红外材料与器件将会在性能、稳定性、可靠性等方面有更大的提升，为 红外技术的应用带来更多的可能性。
红外成像系统的小型化与集成化
总结词
随着微电子技术和集成电路的不断发展 ，红外成像系统也在不断向小型化、集 成化方向发展，这将为红外技术的应用 带来更多的便利性和灵活性。
《红外课程》ppt课件
目录
• 红外技术概述 • 红外探测原理 • 红外图像处理 • 红外系统性能评估 • 红外技术应用案例 • 未来展望与研究方向
01
红外技术概述
红外技术的定义与特点
总结词
红外技术是一种利用红外波段的电磁波进行信息获取和传输的技术。它具有穿透性强、抗干扰能力强、不易被探 测等特点。
总结词
2. 航空应用
3. 消防应用
4. 医疗应用
5. 科研应用
红外技术广泛应用于军 事、航空、消防、医疗 、科研等领域。
红外技术可用于航空遥 感、气象观测、导航等 方面，提高航空器的安 全性和效率。
红外技术可用于火源探 测、人员搜救等方面， 提高消防工作的安全性 和效率。
红外技术可用于医疗诊 断和治疗，如红外光谱 仪可用于分析人体组织 成分，红外热像仪可用 于检测人体温度分布异 常等。
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（2）热压烧结（hot press sintering）工艺：将 粉末装入腔模内部，对粉体施加一定的压力，同 时加热到正常烧结温度进行烧结。研究的材料体 系有Si3N4，BN及Sialon等。
（3）无压烧结（pressureless sintering）工艺： 制得一定形状的陶瓷素坯，在正常的压力下，加 以适当的烧结助剂，将陶瓷素坯在高温下进行烧 结。研究的材料体系较广泛，此种工艺最大缺点 是烧结助剂的存在通常会导致材料介电损耗增大 或高温力学性能下降。
火箭天线罩
飞机天线罩
二、天线罩材料性能要求
1、天线罩的使用环境 由于飞行器的飞行速度很快，在高马
赫数飞行过程中会产生大量的热量，同时 在转弯和变轨的过程中必须承受一定的力， 而且还要求重量轻等，故对天线罩材料和 结构提出了很高的要求。此外，天线罩还 要能够接收发射来的电磁信号。
2、具体天线罩对材料有以下基本要求：
四、导弹天线罩制备工艺
导弹天线罩材料及构件的制备工艺有许多种， 其中从制备工艺的主要特点来看，陶瓷及其复合 材料材料天线罩的制备工艺归纳起来主要有以下 几种：
（1）反应烧结（reaction bonding）工艺：利用 起始原料形成骨架，在一定温度下通过固相、液 相和气相之间相互发生化学反应，反应所增加的 体积填充了骨架中原来的气孔，同时实现了材料 的致密化和规定组分的合成，研究的材料体系主 要是Si粉氮化制备Si3N4基复合材料。
（4）抗侵蚀性能：具有防雨蚀、防粒子（碎片）侵蚀 的能力等；
（5）其他性能：易于成型加工，低的密度以减轻重量。
三、天线罩材料研究现状
1、有机透波材料
• 早期的飞机和导弹，由于飞行速度不高 （≤3Ma），头部由于气动加热产生的温度 在300℃以下，天线罩应用环境相对比较温 和，因此采用有机物（玻璃纤维增强树脂 基复合材料）制备的天线罩即可满足使用 要求。
耐高温透波材料及其性能研究进展
耐高温透波材料及其性能研究进展文摘介绍了国内外高温透波材料的发展现状,并且对高温透波材料的种类进行了详细阐述。
通过对材料种类的分析与选择,对影响材料透波性能的因素进行了分析。
通过对现行透波材料及其透波理论体系的论述,对高温透波材料存在的问题进行了总结。
关键词透波材料,介电常数,透波原理前言高温透波材料是指对波长在1～1 000 mm、频率在0. 3～300 GHz的电磁波在足够高的温度下的透过率> 70%的材料[ 1 ] 。
一般情况下,在该频率范围内,透波材料适宜ε为1～4, tgδ为10- 1 ～10- 3 ,这样才能获得理想的透波性能与较小的插入损失[ 2 ] 。
结构透波材料体系主要有耐高温及常温应用的透波材料,这两种材料体系的典型代表分别为陶瓷透波材料及聚合物基复合材料。
陶瓷透波材料与聚合物基复合材料分别应用于导弹、飞行器天线罩、天线窗以及雷天线罩等几类产品。
本文将重点介绍高温透波材料即防热型透波功能材料的研究工作。
1 高温透波材料体系高温透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。
1. 1陶瓷透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。
陶瓷透波材料可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。
前者有氧化铝陶瓷、石英陶瓷、氧化铍陶瓷、微晶玻璃、堇青石陶瓷等等。
非氧化物陶瓷主要有氮化硼(BN)和氮化硅( Si3N4 ) [ 3 ] 。
1. 1. 1氧化物陶瓷(1)氧化铝陶瓷(Al2O3 )在天线罩材料发展史上,氧化铝陶瓷是继纤维增强复合材料之后最早被采用的单一氧化物陶瓷。
用作透波材料时,其Al2O3质量分数为97%～99%。
(2)微晶玻璃微晶玻璃是20世纪50年代中期美国康宁公司发现的一种新型无机材料。
它是借助控制晶化的方法,使特定组成的透明玻璃失透晶化,形成无数直径< 1μm的微小晶粒,从而获得性能优异的不透明瓷质材料,因在结构上与陶瓷相似,故也称为玻璃陶瓷。
红外物理特性及应用实验备课讲稿
红外物理特性及应用实验红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、了解红外通信的原理及基本特性。
2、了解部分材料的红外特性。
3、了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、了解红外发射管的角度特性。
5、了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：L o I I e α-= （2） 上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
中波红外透明导电材料
中波红外透明导电材料中波红外透明导电材料指的是在中波红外光谱范围内能够透明并且具有导电性能的材料。
这种材料具有广泛的应用前景，特别是在红外光电子器件领域有着重要的意义。
中波红外透明导电材料在红外传感器、红外吸收材料、红外反射材料等领域具有广泛的应用。
例如，在红外传感器中，中波红外透明导电材料可以作为传感器的窗口材料，可以传递红外辐射并且具有导电性能，可以有效地保护传感器内部的电子元件。
在红外吸收材料中，中波红外透明导电材料可以用于制备红外吸收膜，可以有效地吸收红外辐射，提高红外吸收率。
在红外反射材料中，中波红外透明导电材料可以用于制备反射层，可以将红外辐射反射回来，提高红外反射效果。
中波红外透明导电材料的研究和应用主要面临着以下几个方面的挑战。
首先，中波红外透明导电材料需要具备较高的透明性和较低的电阻率。
这就要求材料在中波红外光谱范围内具有较高的透明度，并且具有较低的电阻率，以满足实际应用的要求。
其次，中波红外透明导电材料需要具备良好的稳定性和可靠性。
在实际应用中，材料需要能够长时间稳定地工作，并且能够承受各种环境的影响。
再次，中波红外透明导电材料需要具备较好的加工性能。
材料需要能够方便地进行加工和制备，以满足不同应用场景的需求。
研究人员已经提出了多种中波红外透明导电材料的制备方法。
常见的制备方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法、磁控溅射等。
这些方法可以制备出具有不同透明度和导电性能的中波红外透明导电材料，可以满足不同应用的需求。
在未来的研究中，需要进一步提高中波红外透明导电材料的透明度和导电性能，以满足更高要求的应用。
同时，还需要加强对中波红外透明导电材料的稳定性和可靠性的研究，以确保材料能够长时间稳定地工作。
此外，还需要开展对中波红外透明导电材料的加工性能的研究，以提高材料的加工效率和制备效果。
中波红外透明导电材料具有广泛的应用前景，是红外光电子器件领域的重要组成部分。
通过不断的研究和开发，相信中波红外透明导电材料将在更多领域展现出其独特的优势和价值。
透红外材料
1.1.4 脉冲激光沉积
脉冲激光沉积法（PLD）制备类金刚石膜是1985年 由Nage等首次首先提出并报道的。1999年， Dimam等通过对激光激发等离子体进行发射光谱研 究，分析了在不同波长激光激光照射下，等离子体 的状态以及SP3和SP2键形成的影响因素，得出采 用短波激光和较低的基片温度可以提高SP3键比率 的结论。同年，Yoshinolo 等首次尝试在纯氧气体 下用PLD法制备不含氢等杂质的金刚石（类金刚石） 薄膜并取得成功。2002年，刘晶儒也做了类似的报 道，发现飞秒脉冲沉积的碳膜SP3键含量比纳秒脉 冲沉积的高。这些研究极大地推动了PLD技术在制 备金刚石薄膜方面的进展。
1.1.2 溅射沉积
工业生产应用最多的制备DLC工艺是用溅射方法。 基本原理是在真空下电离惰性气体形成等离子体， 气体离子在靶上附加偏压的吸引下，轰击靶材，溅 射出碳离子并沉积到基片上。最通用的方式是Ar 等 离子体直流或者射频溅射的方法，由于石墨很小的 溅射区域和速率，通常用磁控溅射来提高沉积速率， 磁铁放置在靶材的后面使电子螺旋运动来增加它们 的运动路径以及增加等离子体的离化程度，由于离 子的轰击有助于SP3键的形成，磁场区域可以设置 成通过基片的，因此这就可以使Ar离子轰击基片来 形成非平衡磁场。
(3)掩膜 （4）磁介质保护膜 4.2.4 光学方面的应用 （1）增透保护膜 （2）光学保护膜 （3）装饰品 （4）光纤化学传感器 4.2.5医学方面的应用 （1）心脏瓣膜
（2）高频手术刀 （3）人工关节
红外透波材料的展望
对玻璃类红外材料，制备工艺简单，容易产
业化，对我国红外技术发展有利，正好可以 克服晶体红外材料的不足。二玻璃材料中硫 系玻璃目前被看做有可能代替单晶材料用于 热成像系统或红外窗口的红外材料，在国内 外把这种材料当做红外透波材料的研究都刚 刚起步，目前还迫切需要研究1-14um具有高 透过率，软化点高，对环境要求低，而且镀 膜产品直接能满足红外窗口，热成像仪所要 求硫系玻璃及相关技术。
透波材料介绍课件.doc
透波材料介绍一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。
在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。
二、应用：隐身技术：避免入射电磁波大量反射，从而避开敌方雷达的探测；无线电领域：利于微波-毫米波信号的接收、传输、放大、混频、发射等许多环节；1、雷达罩和天线罩应用：为保证雷达或天线在各种复杂环境中的正常使用, 雷达罩或天线罩用复合材料必须具备比强度高、透波率高等性能，同时在设计上也需要考虑良好的防振动和抗老化能力。
A、我们具有国内先进的透波率（90%-99%）改性复合材料的电性能设计能力和经验；B、透波材料的低介电常数和低介质损耗是满足其使用要求的必要条件；C、拥有高耗散因数的材料不仅对无线电传输不利，同时会将电磁能转换为不利的热能。
其技术难点主要是材料的透波率，长时间的交替耐高、低温性能，户外老化等。
1）气象雷达罩2）薄壁结构地面天线罩3）移动通讯基站天线罩4）车载天线罩5）各种天线包封树脂基体的主要性能（介电常数）树脂品种密度（g/cm3）弯曲强度(Mpa) 弯曲模量(Gpa)介电常数(10 6HZ)正切损耗(10GHz)PPS 1.36-1.43 52-145 3.7-4.0 3.0 0.0006 PEEK 1.32 110-210 3.8-9.1 3.2-3.3 0.0033 LCP 1.38-1.40 3.0-3.2 ASA 1.06-1.1 48-155 1.7-3.0 3.2-3.5 0.028 环氧树脂 1.30 97 3.8 3.0 0.020 酚醛树脂 1.30 92 3.5 3.2 0.020 不饱和聚脂树脂1.29 85 3.2 3.0 0.018 乙烯基树脂 1.30 90 3.52.9 0.018 双马来酰亚 1.30 1503.7 3.0 0.014胺云母7融熔二氧化3.8硅钙钠玻璃7氧化铝 6.5聚乙烯 2.25-2.35聚丙烯 2.2-2.6PA6尼龙 3.6PA66尼龙 3.4-3.5MC尼龙 3.7PA1313尼3.13-3.24龙PI聚酰亚胺 3.2PC 2.96PBT 3.2-3.5POM 3.7聚苯乙烯 2.5聚四氟乙烯 2.0-2.1橡胶 3.2三、其它知识吸波材料是一种能将电磁能转化为其它形式的能量或使电磁波因干涉而消失，从而达到吸波的目的。
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红外透波材料的研究
发展
红外透波材料的研究发展
摘要：红外透波材料是指对红外线透过率高的材料，是红外技术的应用基础之一。
本文介绍了几类常用红外透过材料的基本性质，简述了其制备技术及发展现状，并讨论了各自存在问题，并对红外透波材料未来发展进行了展望。
关键词：红外透波材料；玻璃；晶体；陶瓷；制备技术
1引言
目前，红外技术与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。
红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。
在二十世纪70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。
标志红外技术最新成就的红外热成像技术，与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。
而红外透波材料是红外热成像系统的光学元件的重要材料。
红外透波材料不但要求具有高性能、小体积，还要造价低。
高性能主要包括：结构完整、组分均匀以免发生散射，在测量波段内具有高红外透射率；热稳定性好，透射比和折射率不应随温度变化而变化；载流子寿命长，不宜潮解，耐酸碱腐蚀性好；力学性能优良，可以承受高运动的速压载荷等。
2 红外透波材料的特征值
2.1 透过率
一般透过率要求在50%以上，同时要求透过率的频率范围要宽。
红外透波材料的透射短波限，对于纯晶体，决定于其电子从价带跃迁到导带的吸收，即其禁带宽度。
透射长波限决定于声子吸收，和晶格结构及平均原子量有关。
2.2 折射率和色散
不同材料用途不同，对折射率的要求也不相同。
对于窗口和整流罩的材料要求折射率低，以减少反射损失。
对于透镜、棱镜、红外光学系统要求尽量高的折射率。
2.3 发射率
对红外透波材料的发射率要求尽量低，以免增加红外系统的目标特征，特别是军用系统易暴露。
2.4 其他
和选择其他光学材料一样，都要注意其力学、化学、物理性质，要求温度稳定性好，对水、气稳定，力学性质主要有弹性模量、扭转刚度、泊松比、拉伸强度和硬度。
物理性质包括熔点、热导率、膨胀系数及可成型性。
此外要强调的物性是材料的热导率要高，特别是用于高速飞行器的时候。
3 红外透波材料的种类
3.1 玻璃
玻璃的光学均匀性好，易于加工成型，价格便宜。
缺点是透过波长较短，使用温度低于500℃。
目前研究的红外透波玻璃材料主要有：氧化物红外玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃。
3.1.1 氧化物玻璃
普通的氧化物玻璃包括铝酸盐玻璃、锑酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃、镓酸盐玻璃和锗酸盐玻璃等。
由于高温稳定性远不如其他晶体材料好，而且氧化物玻璃存在金属氧化物键的振动导致在3-6μm波段吸收中断，不能透过波长更长的红外辐射，因而应用受到限制。
3.1.2 硫系玻璃
硫系玻璃在国际上属于另一种新型红外光学玻璃透波材料，这种材料是以S、Se、Te为主要元素同时加入一定量的Ge、As、Sb、Ca等元素高温熔化，快速冷却形成的非晶态物质。
这种材料主要有几大优势：（1）具有较弱的键强，特殊的电子组态，良好的近红外至中红外（2-15μm）透过性能和化学稳定性，可以有力抵挡水和空气腐蚀；（2）对高纯度昂贵Ge原料用量少；（3）玻璃转变温度Tg大于300℃，易于在低温下成型。
其不足之处在于：影响透过的氧和氢杂质官能团去除困难，并且容易析出亚微米晶粒。
此外，陈国荣等人在硫系玻璃中加入氮化物和卤化物形成硫氮玻璃和硫卤玻璃，实验表明这些玻璃的转变温度、显微硬度、断裂韧性、断裂能有所提高，热膨胀系数有所降低。
3.2 晶体
红外透波晶体材料包括：金刚石、Ge、Si、ZnSe、ZnS、GaAs、GaP、蓝宝石、MgF2、尖晶石等单晶或多晶体。
人们很早就利用晶体作为红外区域的材料。
与玻璃相比，其透过长波限较长，最大可达60μm，折射率和色散范围也比较大，而且许多晶体熔点高，硬度高，热稳定性好，具有独特的双折射性能。
缺点是制备晶体生长缓慢，且不易长成大尺寸，价格也高，因此应用受到限制。
3.2.1 半导体晶体
锗、硅单晶体是两种常用的红外光学材料，硅在力学性能和抗冲击性上比锗好很多，受温度影响也比较小，但硅的折射率高，使用时需镀增透膜，以减少反射损失。
相对而言，发展多晶硅更有优势，因为多晶硅有以下四个优点：一是可作适当的形状；二是可做成大尺寸；三是成本低；四是具有各向异性。
但是多晶体物理性能不够稳定，机械强度和抗震能力也较差。
3.2.2 离子晶体
离子晶体即碱卤化合物和碱土化合物。
碱卤化合物有LiF 、NaF 、NaCl 、KCl 、KBr 、KI 、RbCl 、RbBr 、RbI 、CsBr 、CsI 、MgF 2等。
一般来说，这类材料的熔点不高，比较容易生长较大的单晶，其退火工艺也不十分复杂，同时也比较容易实现光学均匀性。
其中MgF 2在用于红外窗口或整流罩时往往采用热压多晶体，具有高于90%的红外透过率，是较为满意的红外材料。
硫化物单晶体ZnS 、ZnSe 都是很好的红外透过材料（ZnSe 的红外透射率如图1[5]和图2[5]），但是工程上常用的是多晶体ZnSe ，采用热压或化学气相沉积方法生产。
热压产品物理性能上的优势是硬度和强度高；而化学沉积的ZnS 和ZnSe ，由于吸收系数很小，折射率均匀度高，常用于要求高的窗口。
3.2.3 金刚石 图1.ZnSe 单晶的可见-近红外透过率
图2.ZnSe 单晶的中-远红外透过率曲
金刚石是理想的红外透过材料。
不仅因为它的透射谱从紫外波段一直延伸到远红外波段，吸收小，而且它具有极高的硬度、弹性模量、热导率和电导率，如表1[2]所示。
金刚石还有很宽的禁带和极好的耐腐蚀性。
但是金刚石在4-6μm中红外区吸收和辐射都比较大，并且高硬度造成对其切削、研磨加工非常困难，不易加工成型，因而获得的光学零件表面粗糙，精度较差。
目前红外系统和红外窗口使用的金刚石是用CVD法制备的多晶金刚石材料，其性质与单晶金刚石性质十分相似，经镀制红外增透膜透过率可达到98%以上。
表1.几种红外透波材料的物理性能比较
3.3 透明陶瓷
红外透明陶瓷是一种耐高温的红外透波材料，它由真空烧结、加压烧结、真空加压烧结等工艺技术获得。
和热压技术相比，陶瓷工艺技术中消除微孔的物理机制不仅有塑性流变效应的作用，而且更主要的是有固相扩散效应的作用，从而最大限度地降低自由能，形成稳定的透明陶瓷。
红外透明陶瓷的种类有氧化铝透明陶瓷、氧化镁透明陶瓷、氧化锆透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷、氧化钙透明陶瓷等。
大都属于立方晶系，因而光学上各向同性，晶体散射较小。
3.4 透红外塑料
某些塑料在红外区有良好的透过率，因而称之为透红外塑料。
透红外塑料的优点是价格低廉、不溶于水、耐酸碱腐蚀等。
由于塑料是链状分子构成的高分子聚合物，其复杂的分子结构和各种官能团必然导致非常多的晶格振动吸收带和旋转吸收带，这就降低了塑料的红外透过率，尤其是中红外波段，其透过率较差。
另外，塑料的熔点较低，不适宜在高温环境中使用。
常见的透红外塑料有甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚乙烯、高密度聚丙烯、聚四氟乙烯和聚异戊二烯等[2]。
4 红外透波材料的展望
目前我国红外热成像技术的发展还处于起步阶段，仍然需要开发更加耐高温、耐腐蚀、能够覆盖整个中红外波段和远红外波段材料。
大尺寸、低价格仍然是晶体类红外材料需要解决的问题。
在晶体材料中，ZnSe是较为看好的中远红外透过材料，但还需要提高ZnSe等单晶制备技术和生产效率来满足应用要求，并且也迫切需要找出最佳耐磨防反射膜[2]。
对于玻璃类红外材料，制备工艺简单，容易产业化，对我国的红外技术发展很有利，可以克服晶体红外材料的不足。
而玻璃材料中硫系玻璃目前被看做最有可能代替单晶体用于热成像系统或红外窗口的红外材料，在国内外把这种材料当做红外透波材料的研究都刚刚起步，目前还迫切需要研究1-14μm具有高透过率、软化点高、对环境要求低，而且镀膜产品直接能够满足红外窗口、热成像仪所要求的硫系玻璃及相关技术。
参考文献
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[2]许军锋, 坚增运, 常芳娥,等. 红外透波材料的发展现状与展望[J]. 中国材料科技与设备, 2006, (5):28-32.
[3]杨培志, 刘黎明, 张小文,等. 长波红外光学材料的研究进展[J]. 无机材料学报, 2008, 23(04):641-646.
[4]雷牧云, 李祯, 洪冬梅,等. 宽波段窗口材料透明尖晶石的透过性能[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(3):549-553.
[5]么艳平, 刘景和. ZnSe红外窗口材料的性能及其制备[J]. 人工晶体学报, 2006, 35(1):183-187.。