石墨烯有多厲害?國產殲20的隱形戰衣,是「21世紀材料之王」

2021-02-08 網易

2021-01-02 08:23:43 來源: 小柴砼軍武

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  殲二十代號威龍,北約代號火焰獠牙,是中航工業成都飛機工業集團公司研製的一款具備高隱身性、高態勢感知、高機動性等能力的隱形第五代制空戰鬥機,是解放軍研製的新一代雙發重型隱形戰鬥機。它已經嚴重影響了F22的升級計劃,導致F22最強五代機的地位岌岌可危,其中究竟有何玄機你知道嗎?

  

  石墨烯在殲二十上的作用

  一旦戰鬥機材料擁有超導的特性,不但可以吸收電磁波,還能保證戰機不會散射出大量電磁波。這也是美國F22戰機外部塗層中摻雜了大量液態銀的原因。的確,銀是導電性能最強金屬之一,可以有效解決電磁波這一點,但銀的導電性能遠遠不如石墨烯。

  此外就是紅外隱身,任何一個戰鬥機都是一個龐大的熱源,尤其是發動機噴嘴,溫度往往高達上千度,即使是美國F22戰機在高速飛行的情況下也無法掩蓋這個問題。相比之下,裝備了石墨烯材料的塗料以後,雖說這個問題依舊無法徹底解決,但卻可以得到極大的緩解。

  

  在飛機的隱身能力上,殲二十所用的塗料是以石墨烯材料為原料製成的,單從這點來看,美國在使用材料上的創新遠不如殲二十。要知道石墨烯材料能將電磁波吸收和散射,而非不反射雷達波,這就可以打破雷達探測飛行器的模式。

  另外由於石墨烯的導熱性能非常強,可以快速將熱量傳遞給其他物質,以保證石墨烯的溫度穩定,能夠讓戰鬥機飛行產生的熱量都可以被快速傳遞到空氣中,讓戰鬥機的紅外特徵降低,難以被紅外設備鎖定。

  

  可以說石墨烯的材料特性非常出色,這種材料不但強度非常恐怖,且擁有非常好的導電、導熱性能,這在隱身材料上顯得十分重要。使用石墨烯製成的隱身塗層,甚至能將戰機的隱身性能發揮到極致。而隱身戰鬥機的原理就是通過飛機外形的設計以及外表塗層的塗裝,使得飛機擁有發射雷達波的能力,從而降低整個飛機在雷達上的反射面積,降低被雷達發現的可能,從而實現隱身。

  

  石墨烯用處很廣泛

  一般來說,飛機使用的蒙皮都是金屬蒙皮,金屬蒙皮採用鋁鎂合金和鈦合金等多種材料,這些材料可以保證強度的同時降低重量,但作為飛機外層主要受力構件,仍然會承受非常大的力。有些時候在飛行過程中蒙皮甚至會被撕裂。

  蒙皮在整個飛機中會佔據大約百分之八到百分之十的重量,即使使用複合材料,大大降低蒙皮的重量,但和石墨烯相比仍然較重。值得一提的是,石墨烯也是被稱為「二十一世紀材料之王」,和金剛石一樣石墨烯也是「碳材料」中的一員,是堪稱當前最熱的全新材料。在航空航天領域,這可是「寶貝」般的存在,人們用「難得的元素」來形容這種輕的像空氣、硬的像鋼鐵的材料。

  

  拋開具體的產品,從理論上來講,超材料這個巨大的概念範疇,確實是殲二十等隱身機在未來獲得性能突破的方向,這意味著中國或將迎來「完美戰機」。

  什麼是石墨烯?它還有什麼令人期待的?

  二零零四年英國曼徹斯特大學的兩位科學家,安德烈海姆和克斯特亞諾沃肖洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片,他們從石墨中剝離出石墨片,然後將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作後薄片越來越薄,最後他們得到了僅有一層碳原子構成的薄片,這就是石墨烯。

  

  這麼說吧,石墨烯的厚度僅為普通A4紙張的十萬分之一,裸眼幾乎看不到。正因其十分良好的強度、韌性、導電、導熱、光學特性,才使得在物理學、材料學、電子信息、計算機、航空、航天等領域都得到了長足的發展。

  不得不說石墨烯中碳原子之間的連接處處於非常柔韌的狀態,當被施加外部機械力時,碳原子面會彎曲、變形,碳原子不必重新排列來適應外力,因此保持了結構穩定。換而言之,雖然很薄,但石墨烯卻是非常強韌的材料,通俗地講,它強過鑽石,秒殺鋼鐵。

  

  同時它有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的百分之二十。可以說石墨烯是人類已知強度最高的材料。並且石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收大約百分之二點三的可見光,光透率高達百分之九十七點七,它看起來是頗有未來神奇材料的風範。

  雖說名字裡帶有石墨兩字,但它既不依賴石墨儲量,也完全不是石墨的特性。在石墨烯的諸多應用中,最受普通面大眾關注和期待的,夢寐以求的那款透明薄片可摺疊手機將不再只是一個夢。得益於石墨烯重量輕、體積小等特徵。

  相對於傳統隱身材料而言,可在一定程度上減輕重量,減輕的重量恰好可以用在油料或載彈量上,整體打擊能力和航程也能進一步提高。殲二十戰機採用普通的隱身塗料的情況下RCS反射面積就在0.001平方米以下,只有上一代戰機的百分之一。

  

  普通的戰鬥機雷達發現殲二十的距離甚至不到二十千米。驚人的是在一百千米以外,殲二十就可以用中程空空飛彈解決敵機了。

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