隐身材料的技术含量极高，国外的技术保护极为严密。因此，目前见诸报道的主要集中在概念和实验室研究阶段。
————本文作者李江海、王 彤和胡静伟均来自中航工业成都飞机设计研究所。
隐身技术由于能够降低飞行器的特征信号，有效提升战场突防能力和生存力，受到世界各军事大国的重视。美国相继发展了F-117、B-2、F-22和F-35等隐身飞机，俄罗斯在研制最新隐身战斗机T-50，欧洲国家也在进行隐身无人机研究，我国周边邻国也相继采取行动。
实现隐身的技术手段主要有外形隐身和应用隐身材料。经过40多年的技术发展，外形隐身由简单的多面体外形设计逐步发展到复杂双曲面外形设计，气动外形和隐身之间越来越协调。隐身材料由最初在机体大面积喷涂的吸波涂层发展到体系化隐身涂层表面防护和多功能隐身结构，隐身材料的应用针对性越来越强。
隐身材料按照频段可分为雷达隐身、红外隐身、可见光隐身和激光隐身等类别。鉴于雷达隐身仍然将在未来相当长的一段时间内继续成为隐身技术的主干，本文将以雷达隐身材料为重点展开，并兼顾红外隐身材料。
常规隐身材料
由于雷达仍然是目标探测的主要手段，雷达隐身材料是被研究得最多的。世界上大部分雷达工作在X波段，也即通常所说的厘米波雷达，也有工作在Ku、Ka波段的毫米波雷达和L波段的米波雷达。因此，对雷达隐身材料的研究主要集中在这些频段上。雷达隐身材料也称为雷达吸波材料（RAM），是指通过材料电磁参数设计，将入射到材料表面的电磁波引入材料内部，将其电磁能转换成热能耗散或使电磁波因干涉而消失的一类材料。
吸波材料按照使用方式可分为吸波涂料（RAP）和吸波结构（RAS）。吸波涂料是将吸收剂与黏结剂混合后喷涂在目标表面，如飞机机体表面；吸波结构是将吸收剂分散在由石英纤维、玻璃纤维等特种纤维增强的结构中所形成的复合材料结构，具有承受力学载荷和吸收雷达波的双重功能，可用于飞机特定部位结构，如机翼前缘等。
吸波涂料按其吸收机理可分为电吸收型涂料和磁吸收型涂料。电吸收涂料是一种谐振式吸收体，因其吸收带宽很窄，一般不单独应用于隐身设计。磁吸收涂料通常采用铁的化合物和混和物作吸收剂，如铁氧体和羰基铁。磁吸收涂料与电吸收涂料相比，重量偏大，但它在有限厚度内具有较好的低频吸收特性。可以利用不同磁性材料的磁导率峰值出现在不同频率的特点来设计多层磁性材料以拓展材料的吸收频带。据报道，日本NEC公司研制了一种雷达波反射率为-10dB、带宽达7GHz的铁氧体吸波涂层。
吸波结构按结构型式可分为层合吸波结构（Layer RAS）和夹心吸波结构（Sandwich RAS）。层合吸波结构由多层复合材料按层铺叠组成，不同材料层通过电磁参数设计达到有效吸收入射电磁波的目的。夹心吸波结构由面板层和夹心填充材料构成，面板层充当透过入射电磁波的作用，夹心填充材料具有多孔特征，如蜂窝和泡沫等结构，并混杂有可吸收电磁波的成分，将入射电磁波在内部吸收和耗散。
常规隐身材料在国外隐身飞机上已有大量应用。
据报道，F-117飞机在机体表面大量喷有吸波涂料。B-2飞机在机身和机翼蒙皮上采用了蜂窝状雷达吸波结构。而据网络报道，F-22表面应用三层涂料来减少其雷达特征：第一层密封飞机的蒙皮，并有助于黏合另一层；第二层是有着镀银薄片混合聚氨酯材料的导电涂料用以减少雷达波反射；第三层也是表面漆层，性能包括用含有金属基材料的涂层来减小辐射的热量，以降低被雷达探测到的风险。从已公布的图片分析，F-22飞机在机翼的边缘部位也大量应用了吸波结构。
无论是吸波涂料，还是吸波结构，在工程应用时都希望能达到吸波频段宽、吸波能力强和重量轻等效果，为此吸波涂料和结构往往被设计为多层的复杂结构形式，通过计算电磁学和计算力学等理论进行优化设计。
高温隐身材料
靠近发动机的机身部位温度高，应用隐身材料时需要特别考虑高温环境。国外对高温吸波材料的公开报道特别少，仅能从一些武器装备的应用情况得到些许了解。
高温隐身材料主要分为高分子隐身材料和陶瓷隐身材料。高分子隐身材料包括玻璃纤维和石英纤维等增强树脂复合材料。陶瓷隐身材料包括氧化铝陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、氮化硅陶瓷等增强陶瓷复合材料。高分子隐身材料最高承受温度不超过500℃，不能完全满足飞机尾部的耐高温需求，而陶瓷隐身材料可承受1000℃以上的高温，很有希望用作飞行器尾部靠近尾喷口部位的吸波结构材料。
日本碳公司已推出几种电阻率不同的碳化硅（SiC）纤维，日本UBE工业公司商品牌号为“Tyranno”的SiC纤维也是一种具有吸波功能的陶瓷纤维。据报道，法国ALcore技术公司试制的第一架隐身无人机“豺狼”，大量使用了Tyranno纤维复合材料，但对其具体应用情况没有详细报道。
美国洛克希德·马丁公司研制出的陶瓷基吸波结构用在F-117尾喷管的后缘，能承受1093℃的高温，具体细节不详；同样也在F-22飞机的尾喷口附近应用了陶瓷基隐身结构。
高温吸波材料在巡航导弹上已达到实用阶段。法国的APTGD导弹的尾翼由六角形小块陶瓷吸波材料组成，具有较好的吸波效果。美国三军通用的TSSAM隐身导弹也采用了相应的隐身技术。法国ADE公司研制出了牌号为AlkardSC的陶瓷基吸波材料，最高使用温度可达1000℃，其主体材料为SiC。
新型隐身材料
随着反隐身技术的不断发展，传统的隐身材料及结构已经不能满足未来的作战需求。因此，以频率选择表面（FSS）、纳米材料和超材料等为代表的新一代隐身材料及结构正日益得到军事上的关注。
频率选择表面是一种能够对电磁波频率进行选择的二维周期结构。美国从20世纪60年代开始便对FSS的基础理论进行研究，其成果已应用于相关军机及卫星，如F22的雷达罩采用了FSS技术。FSS在隐身技术领域已经得到了广泛的应用，FSS雷达天线罩可以很好地解决天线的带外隐身问题。但是对天线带内隐身来说，还是应与天线一起开展隐身综合设计。
纳米材料由于具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应以及界面效应等特性，使其在光、电、磁等物理性质方面具有独特的性能。以纳米材料为基础研制的隐身材料不仅磁损耗增大，同时具有频带宽、兼容性好、质量轻、厚度小等特点，已成为各国研究的热点。
从报道来看，纳米吸波介质材料能够强化材料的强吸收谱宽度。介质材料纳米化后，材料吸收电磁波的能量后会导致原子振动从而产生机械波，机械波在纳米粒子的边界又会发生反射，导致机械波在纳米粒子振动增加，振动增加又会影响正负离子间的固有频率，也会影响吸波材料的吸收系数。
金属材料的纳米化能改变金属中自由电子的振荡频率，减小材料对雷达波的反射。有文献报道，多晶铁纳米纤维吸波材料的吸波能力明显优于传统的球状吸波材料，这是因为可以通过改变纤维的长度、直径、含量及排列方式，调节吸波材料的电磁参数。欧洲GAMMA公司采用羰基铁纤维作吸收剂，纤维密度低，结构呈各向同性或各向异性，显示出优异的隐身性能。
超材料是指一种介电常数和磁导率同时为负值的各项同性电磁材料，其基本概念最早由苏联物理学家Veselago于1968年提出，又被称为左手材料（LHM）。由于在自然界中未发现这种材料，且没有制备负磁导率材料的技术方法，左手材料在此后很长一段时间里仅停留在理论假说层面上。
1996年，英国帝国理工学院Pendry教授等从理论上证明了用周期性排列的金属丝和开口金属谐振环组成的结构能在一定频率范围内产生负等效介电参数和负等效磁导率。2001年，美国加州大学物理学家Smith等据此将金属丝和金属开口环组成二维周期性结构，首次在实验室制造出微波波段具有负介电常数、负磁导率的谐振性超材料。2002年，美国加州大学的Itoh教授和加拿大多伦多大学的Eleftheriades教授又分别提出了非谐振型超材料——复合材料左右手传输线，又称平面电路型人工左手材料。
随着研究工作的逐步深入，众多突破性成果的不断涌现，超材料日益受到关注。
2006年，英国学者Pendry基于转换介质理论提出了一种隐身原理：充分利用左手材料电磁属性的可设计性，设计出一种介电常数和磁导率均可独立变化的材料，电磁波在通过该材料时传播方向可得到控制，处于该材料包围内的物体可不被探测到，即实现了被包围物体的隐身。同年，美国杜克大学Schurig教授领导的研究团队根据Pendry教授的理论，设计了一个椭圆柱状隐身超材料结构，并通过实验证明了该结构在微波频段内有较好的隐身性能。
2008年，美国相关研究机构利用超材料的谐振特性和电磁波损耗特性，提出一种“完美”超材料吸波体（PMI）。该吸波体由正面的电开口谐振环和背面的金属条以及中间的损耗介质组成，具备优良的吸波效果，反射率为0.01%，透射率为0.9%，吸收率超过99%，且结构厚度薄，一时引起轰动。
2003年，“负折射率左手材料”与“超材料隐身斗篷”被《科学》杂志评为“世界十大科技进展”，2010年《科学》杂志评选超材料为过去10年中人类最重大的十大科技成就之一。虽然目前超材料还未实际应用于军事工程领域，但利用超材料同相反射特性和媒质参数可调的特点，学者们将可开发出更多性能卓越的吸波材料，预示着超材料在隐身领域拥有广阔的应用前景。
红外隐身材料
随着红外探测技术的发展，红外隐身已上升到与雷达隐身同等重要的地位，红外隐身材料的研究也成为继雷达吸波材料之后隐身材料研究中的一项重要内容。
由于受大气红外窗口的限制，红外探测器实际工作在波长为3～5μm的中红外线和波长为8～14μm的远红外线频段。这部分红外辐射来自目标和背景本身温度所引起的热辐射，故又称为热红外辐射。红外隐身材料具有红外线低发射率或较强温控能力，可使目标和背景本身温度所引起的热辐射差减小到红外探测器探测不到或识别不出的程度，达到隐身目的。红外隐身材料包括低发射率涂料和低发射率薄膜等。
低发射率隐身薄膜的优点是红外发射率低、厚度小、质量轻。一般采用真空镀膜方法，膜层厚度小于1μm，分为金属膜、半导体膜、电介质膜、金属多层膜、类金刚石膜等4种。由于制造工艺复杂，设备昂贵，难以在武器上实际应用。
低发射率隐身涂料既可用于目标的外表面、伪装网和隔热层。又可用于目标内部的发热部件；既能降低、改变目标自身的热辐射特征，又能使目标的综合散射特性与背景相融合，使用方便、工艺简单。
红外隐身涂料现有两类：一类是吸收型，通过涂料本身或某些结构和工艺技术，使吸收的能量在涂层内部不断消耗或转换而不引起明显的温升，减少物体的热辐射；另一类涂料是转换型，在吸收红外能量后或改变反射方向，或使吸收后释放出来的红外辐射向长波转移，使之处于红外探测系统的工作波段以外，达到隐身目的。
F-22飞机除了在机体表面大面积应用红外隐身涂料，还通过设计异型尾喷管和应用具有低红外发射率陶瓷基材料，有效降低了飞机红外辐射特征，实现了红外隐身水平与雷达隐身水平均衡设计。
结束语
随着战场探测手段的多样化发展，单频段的隐身材料已不能有效降低军事目标和武器装备被发现的概率。可以预见，未来隐身材料将向多频段兼容隐身方向发展，如可见光/红外兼容隐身、可见光/雷达兼容隐身、红外/雷达兼容隐身甚至雷达/红外/激光兼容隐身等。要使同一种材料满足以上诸多要求，难度很大。在这些需求面前，频率选择表面、纳米材料、超材料等新型隐身材料的潜力会有多大，与传统隐身材料的复合又会有怎样的发展前景，相信随着各国技术专家的研究，一切都会依次呈现出来。在此同时，隐身材料的工程运用实践依然考验着隐身设计师的智慧。