仿生超疏液涂层可解决5G天线罩“雨衰效应”
◎本报记者 颉满斌
6月4日，科技日报记者从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所环境材料与生态化学研究发展中心硅基功能材料组与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发出了兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩、雷达罩超疏液防雨衰涂层，能有效解决5G信号在降雨时的“雨衰效应”。相关研究论文近日发表于《自然·通讯》。
5G天线罩是5G基站的重要组成部分，用来保护天线系统免受外界复杂环境干扰，提高天线精度和使用寿命。但是，雨水会在5G天线罩表面形成水滴或水膜产生“雨衰效应”，即水的介电常数很高，会吸收、反射大量电磁波，导致5G信号严重衰减。
“避免雨水在5G天线罩表面形成水滴或水膜是解决‘雨衰效应’的关键。”中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研究发展中心副主任、研究员张俊平介绍，仿生超疏液涂层（超疏水、超双疏涂层）具有液滴接触角高（大于150°）、滚动角低（小于10°）等特点，液滴易从表面滚落，在自清洁表面、抗液体黏附、防液体铺展等领域具有广阔的应用前景，有望用于5G天线罩表面，解决其“雨衰效应”。然而，采用仿生超疏液涂层解决5G天线罩“雨衰效应”尚需突破涂层不能同时具有优异的耐压性、机械稳定性及耐候性的技术瓶颈。
张俊平团队与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发了一种兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩、雷达罩超疏液防雨衰涂层，该涂层能够避免雨滴在5G天线罩、雷达罩表面黏附，有效解决了其“雨衰效应”，并在全国多地5G天线罩、雷达罩上进行了实际应用。
张俊平介绍，黏结剂的引入虽然能够提升涂层的机械稳定性，但也同时将低表面能纳米粒子包埋，导致涂层具有较高的表面能，进而使得涂层的超疏水性和耐压性较差。通过调研大量文献，并结合此前的研究经验，该团队对涂层进行了系统设计，成功制得兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的仿生超疏液涂层。
“首先，涂层的三级微/微/纳米结构以及致密的纳米结构，使其具有优异的耐压性。其次，涂层的近似各向同性结构及黏结剂的黏结作用，使其具有优异的机械稳定性。同时，我们选用具有化学惰性的原材料制备涂层，使其具有优异的耐候性。”张俊平说。
此外，5G天线罩、雷达罩基材大多为ABS塑料。“这类基材具有较低的表面能，导致涂层与基材的黏结强度较弱。”张俊平说，团队通过对黏结剂的种类进行优化，筛选出与ABS等基材具有优异黏结强度的黏结剂来制备涂层，成功克服了涂层与ABS等基材黏结强度弱的缺陷。
经过3年的研发、产业化和规模化应用，该涂层性能已取得大幅提升。张俊平告诉记者，未来，团队将探索更多仿生超疏液涂层的潜在应用领域，实现其在高压输电线路、桥梁、隧道防结冰，5G天线罩、雷达罩防雨衰，抗危化液体黏附，电子产品防水防油膜，自清洁市政工程等方面的工程化应用。
来源： 科技日报
随意变雷达信号，中国黑科技“金丝罩”伪装术，敌方雷达直接瞎眼
又是一项重大技术突破，近日，根据《欧亚时报》最新刊文信息显示，中国已经开发出一种名为“金丝罩”的黑科技，可以帮助其巡航导弹在雷达系统显示屏上看起来像一架民航客机，从而彻底迷惑对方的防空系统，导弹突防能力将会进一步提升，如此一来命中目标的能力会进一步增强。
在雷达对抗领域以及导弹防空领域中，雷达反射器能够干扰敌方雷达的探测，保护己方重要设施。雷达反射器又叫做角反射器，最显著的特点是其极强的反射回波特性，什么意思呢？简单来说，在敌方雷达波扫描到雷达反射器以后，电磁波会在金属角上产生折射放大，从而形成强反射回波。具体来说，假设敌方使用轰炸机要对我方一座大楼发起定点打击，我方只需要在这座大楼附近的一定区域用雷达反射器在地面挂起一座“假楼”，此时在敌方轰炸机雷达显示屏幕上实际上显示的就是这座“假楼”，而不是真正的目标，随后轰炸机也会根据雷达返回的目标情况实施打击，通过这样的方式以躲避、蒙蔽敌方雷达系统，达到以假乱真，迷惑对手的目的。
传统的雷达反射器大多使用金属板材作为其反射面制成，这样的反射器虽然强反射能力很强，但是整体不优。从上图可以清楚看到，这种板材雷达反射器面积大，质量大，一旦加工成最终尺寸形状，基本上无法改变其形状和尺寸，散射特性单一，换句话说在这种情况下雷达散射面积（RCS）基本是固定的，不会发生变化，显然在如今战场环境多变，电子对抗越来越实战化的趋势下，这种常规雷达反射器已经不能满足战争的需求。类似的，在无人机领域也有相应研究，曾有学者分析了ABS塑料、木材和玻璃钢三种较为典型的材质作为无人机机体外壳，对其散射特性进行研究，结果表明，在机体强散射区域涂覆雷达吸波材料，相比于全机体涂覆，RCS值显著下降，从而隐身能力更强。
《欧亚时报》提到的中国开发出的黑科技“金丝罩”指的是什么，又取得了哪些突破。实际上，“金丝罩”指的就是上述谈到的雷达反射器技术，不得不说的是，此次我国的科研人员取得的突破很大。根据相关信息显示，此次的突破仍是西北工业大学相关研究团队取得，而且相关学术成果已经发表在《电波科学学报》期刊上，感兴趣的读者可以自行了解。西北工业大学科研团队针对常规雷达反射器的不足，提出了一种新型的、超轻质的、雷达散射面积可动态调节的雷达反射器结构设计方法。
注意上面表述中的三个关键词：新型的、超轻质的、RCS可调。
新型的。类似于这种新型结构设计的雷达反射器，以前基本没有出现过，起码在公开的学术期刊中没有发表过。
超轻质的。该方法提出以高结构强度的碳纤维杆为支撑骨架，以大柔性金属丝网为反射表面，并进行了一系列的结构展开—收拢功能设计。
从这种设计的外形结构来看，呈一定的“空心”、“网状”结构，相比于常规雷达反射器，质量必然会减轻不少，意味着可以适应很多的不同环境使用，例如舰载、无人机等平台，这种结构还可以进行收拢，则携带也将更加方便。这种碳纤维架构相比于常规的金属架构，能够提供更高的强度，而且在耐腐蚀、抗冲击、抗老化等方面更具有优势。
RCS可调。这点是最关键的，从上述图片可以看出，这种新型的结构设计在支撑杆连接处使用的是铝镁合金连接关节，在步进电机的驱动作用下，该结构会进行收紧拉伸，如此一来，反射角阵列收拢，金属丝网随之收拢，阵列口径面表现，RCS值也自然变小，当然这个过程也是可逆的，在内部弹簧的作用下，阵列口径会表达，RCS值随之变大。
如果说新型、超轻质没什么了不起的，但这种RCS可调的结构设计就相当厉害了，实际意味着什么呢？可使巡航导弹或者战斗机能够在现身和隐身模式之间随意切换，对方雷达系统从一定程度上来说，直接瞎眼。西北工业大学相关团队对该结构的性能也进行了相应的验证，结果表明，此结构下的雷达反射器能讲飞行目标的雷达截面从每平方米不到1分贝，提高到每平方米30分贝以上，意味着什么？假设使用轰炸机搭载导弹要对敌方重点目标实施定点打击，对方雷达显示系统很有可能显示的并不是一架轰炸机，而是一架普通的民航客机，例如波音737，因为波音737客机雷达截面每平方米也在30分贝左右，这就非常有意思了，敌方雷达系统甚至防空系统就成了摆设，将亲眼“目睹”打击重点目标。
另外一点，也是炸裂性的突破，该新型结构雷达反射器在收拢过程中，由于阵列口径是一个动态变化的过程，所以RCS值也在随之发生动态变化，此时对方雷达所探测到的目标总体呈现出无规律变化的RCS曲线值，在这种情况下，对方雷达根本无法判断目标到底是什么，这点同样对于实战有重要意义。再有，前面已经提到，该结构属于轻质化结构，令人想不到的是只有1.3公斤左右，这样一来应用面积就非常广泛了，除了可以搭载不同的平台，而且还可以根据所搭载平台的形状外形等动态调节雷达发射器。
笔者分析，虽然这种结构还没有应用军事领域，但未来会有很多的应用场景，一旦这种技术成熟稳定，便可以大量应用，因为成本很低，自然不用担心这方面。试想一下，如果这种雷达反射器部署在歼-20战机上，无疑会成为歼-20的“力量倍增器”，因为可以从前段时间美军首飞的B-21轰炸机就可以看出，美军同样在隐身能力方面在下大功夫，就拿B-21轰炸机和B-2轰炸机相比，虽然载弹量没有提升，但B-21的隐身能力又一次被升级。从一定的程度上来说，不论一款武器装备多先进，在未来的战争中，隐身能力必然非常重要，即使载弹量再多，突破不了对方的防空系统，又有什么用。就以歼-20目前的隐身能力来说，已经和美军F-22战机接近，如果再部署这种新型结构下的雷达反射器，笔者有理由认为其隐身能力会超过F-22战机。
再比如，将这种雷达反射器部署在东风导弹上，同样的道理，其突防能力也会进一步增强，但如果真这样使用，如何在高温情况下使其结构稳定也是一个不得不面对的问题。但不管怎么说，这项技术又是我国在隐身领域、雷达领域的又一项大的突破，期待早一天应用军事领域，届时，将会让美军感受到真正的压迫感！
仿生超疏液涂层 可解决5G天线罩“雨衰效应”
◎本报记者 颉满斌
6月4日，科技日报记者从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所环境材料与生态化学研究发展中心硅基功能材料组与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发出了兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩、雷达罩超疏液防雨衰涂层，能有效解决5G信号在降雨时的“雨衰效应”。相关研究论文近日发表于《自然·通讯》。
5G天线罩是5G基站的重要组成部分，用来保护天线系统免受外界复杂环境干扰，提高天线精度和使用寿命。但是，雨水会在5G天线罩表面形成水滴或水膜产生“雨衰效应”，即水的介电常数很高，会吸收、反射大量电磁波，导致5G信号严重衰减。
“避免雨水在5G天线罩表面形成水滴或水膜是解决‘雨衰效应’的关键。”中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研究发展中心副主任、研究员张俊平介绍，仿生超疏液涂层（超疏水、超双疏涂层）具有液滴接触角高（大于150°）、滚动角低（小于10°）等特点，液滴易从表面滚落，在自清洁表面、抗液体黏附、防液体铺展等领域具有广阔的应用前景，有望用于5G天线罩表面，解决其“雨衰效应”。然而，采用仿生超疏液涂层解决5G天线罩“雨衰效应”尚需突破涂层不能同时具有优异的耐压性、机械稳定性及耐候性的技术瓶颈。
张俊平团队与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发了一种兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩、雷达罩超疏液防雨衰涂层，该涂层能够避免雨滴在5G天线罩、雷达罩表面黏附，有效解决了其“雨衰效应”，并在全国多地5G天线罩、雷达罩上进行了实际应用。
张俊平介绍，黏结剂的引入虽然能够提升涂层的机械稳定性，但也同时将低表面能纳米粒子包埋，导致涂层具有较高的表面能，进而使得涂层的超疏水性和耐压性较差。通过调研大量文献，并结合此前的研究经验，该团队对涂层进行了系统设计，成功制得兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的仿生超疏液涂层。
“首先，涂层的三级微/微/纳米结构以及致密的纳米结构，使其具有优异的耐压性。其次，涂层的近似各向同性结构及黏结剂的黏结作用，使其具有优异的机械稳定性。同时，我们选用具有化学惰性的原材料制备涂层，使其具有优异的耐候性。”张俊平说。
此外，5G天线罩、雷达罩基材大多为ABS塑料。“这类基材具有较低的表面能，导致涂层与基材的黏结强度较弱。”张俊平说，团队通过对黏结剂的种类进行优化，筛选出与ABS等基材具有优异黏结强度的黏结剂来制备涂层，成功克服了涂层与ABS等基材黏结强度弱的缺陷。
经过3年的研发、产业化和规模化应用，该涂层性能已取得大幅提升。张俊平告诉记者，未来，团队将探索更多仿生超疏液涂层的潜在应用领域，实现其在高压输电线路、桥梁、隧道防结冰，5G天线罩、雷达罩防雨衰，抗危化液体黏附，电子产品防水防油膜，自清洁市政工程等方面的工程化应用。