国防领域6大前沿新材料和关键技术研究报告.docx
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1、国防领域6大前沿新材料和关键技术研究报告21世纪是军事的世纪。在未来战争中,人类将在空间展开一场前所未有的、以开发利用空间丰富资源和争夺制天、制地、制海权为主要内容的大竞争,军用武器装备将会得到迅速发展。小编汇总了最前沿的军事装备、材料、技术等供大家参考,若有不妥、不足之处,敬请原谅并斧正。1碳纤维:军事强国必争之材现代信息化战争既是高技术装备之战,也是高性能材料之战。碳纤维性能优异,外柔内刚,兼具电学、热学和力学等综合特性。它强度高、韧性好,可大幅提升现代武器装备系统作战性能。有着低密度、高强度、高模量、耐高温、耐严寒、耐摩擦、耐腐蚀、导电、抗冲击、电磁屏蔽效果好等一系列优越的性能,除了在民
2、用工业(例如汽车制造、机械配件、体育用品、高铁零件等)有广泛的使用,也是极其重要的军事战略材料。“黑色黄金”碳纤维碳纤维起源可追溯至1860年,由英国人瑟夫斯旺在制作电灯灯丝中发明并获得专利。它是一种纤维状碳材料,呈黑色,质坚硬,是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温,又能像铜那样导电,具有电学、热学和力学等综合优异性能的新型材料,因其制造技术难度大、实用价值高,被业界誉为“黑色黄金工碳纤维“外柔内刚、不仅具有碳材料的本质特性,又兼备纺织纤维的柔软和可加工性,是新一代高性能增强纤维。比头发丝还细几倍的碳纤维与树脂、碳、陶瓷、金属等基体经过特殊复合成型工艺制造,即可获得
3、性能优异的碳纤维复合材料,能够广泛应用于航空、航天、能源、交通、军用装备等众多领域,是国防军工和民用生产生活的重要材料。难上难:制造工艺复杂精细20世纪50年代,为了解决导弹喷管和弹头耐高温、耐腐蚀等关键技术难题,美国率先研制出粘胶基碳纤维。1959年,日本近藤昭男发明了聚丙烯月青基碳纤维。由于碳纤维在军事领域凸显出提升武器装备性能的优异表现,引起了军事强国的高度重视。随后一些国家重点投入,不断研制出更高性能、更多品种的碳纤维。日本先后突破高强、高模性兼备等一系列关键技术难题,使所研制的碳纤维复合材料独具优异的抗疲劳性能和环境适应能力,其整体水平一路领先。强中强:国防装备脱胎换骨据外媒报道,傲
4、视群雄的F-35战斗机首飞时间一推再推,其中一个很重要原因,就是超重。为破解这一难题,洛克希德马丁公司采取了很多办法,最终采用多达35%的碳纤维复合材料才大幅降低了机体重量。所以从某种意义上说,是碳纤维复合材料成就了F-35战机。如今,碳纤维复合材料不仅成为实现高隐身性能不可或缺的基础性材料,更成为衡量武器装备系统先进性能的重要标志。比如,由于X-47B、全球鹰、全球观察者、西风等飞行器应用碳纤维复合材料比例更高,使得其有效载荷、续航能力和生存能力均实现了新突破。优中优:事关国家安全利益外军认为,现代信息化战争既是高技术装备之战,更是高性能材料之战。现代武器装备发展,隐身化、低能耗、高机动性、
5、大载荷等趋势凸显,对碳纤维及复合材料性能要求越来越高。因此研制更高强度、更高模量的碳纤维和与之相匹配的高性能作战系统,已成为军事强国比拼尖端实力的重头戏。目前,发达国家正在碳纤维、先进树脂和制造技术三个方向上重点突进。近年来,为适应我国国防建设发展需要,碳纤维及其复合材料已被列为国家重点支持的项目。专家认为,着眼未来建设完整自主的高水平产业链,努力把事关国家安全利益的核心技术真正掌握在自己手中,乃是实现兴国强军中国梦的必由之路。2超材料:军工领域革命性影响超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计,突破某些表观自然规律的限制,获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。超材料是一个具有
6、重要军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术领域,将对未来武器装备发展和作战产生革命性影响。新型材料:颠覆传统理论尽管超材料的概念出现在2000年前后,但其源头可以追溯到更早。1967年,苏联科学家维克托韦谢拉戈提出,如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率,电场矢量、磁场矢量以及波矢之间的关系将不再遵循作为经典电磁学基础的“右手定则”,而呈现出与之相反的“负折射率关系”。这种物质将颠覆光学世界,使光波看起来如同倒流一般,并且在许多方面表现出有违常理的行为,例如光的负折射、“逆行光波”、反常多普勒效应等。这种设想在当时一经提出,就被科学界认为是“天方夜谭”。随着传统材料设计思想的局限性日渐暴
7、露,显著提高材料综合性能的难度越来越大,材料高性能化对稀缺资源的依赖程度越来越高,发展超越常规材料性能极限的材料设计新思路,成为新材料研发的重要任务。2000年,首个关于负折射率材料的报告问世;2001年,美国加州大学圣迭戈分校的科研人员首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的超材料;2002年,美国麻省理工学院研究人员从理论上证实了负折射率材料存在的合理性;2003年,由于超材料的研究在世界范围内取得了多项研究成果,被美国Sc,mce杂志评为当年全球十项重大科技进展之一。此后,超材料研究在世界范围内取得了多项成果,维克托韦谢拉戈的众多预测都得到了实验验证。神奇功能改变未来作战超材料
8、因其独特的物理性能而一直备受人们的青睐,在军事领域具有重大的应用前景。近年来,超材料在隐身、电子对抗、雷达等领域的应用成果不断涌现,展现出巨大应用潜力和发展空间。隐身是近年来出镜率最高的超材料应用,也是迄今为止超材料技术研究最为集中的方向。如美国的F-35战斗机与DDG1000大型驱逐舰均应用了超材料隐身技术。未来,超材料在电磁隐身、光隐身和声隐身等方面具有巨大应用潜力,在各类飞机、导弹、卫星、舰艇和地面车辆等方面将得到广泛应用,使军事隐身技术发生革命性变革。超材料实现隐身与传统隐身技术的区别是,超材料使入射的电磁波、可见光或声波绕过被隐藏的物体,在技术上实现真正意义上的隐身。在电磁隐身方面,
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