銳讀丨隱形戰機的秘密：不怕冷的阻尼材料

    隱形戰鬥機上的阻尼材料

    隱形戰鬥機要想能自由翱翔天空且不被敵軍偵測到，除了要防止被雷達探測到之外，還需要一種阻尼吸聲材料為其保駕護航。它主要的作用就是減振、降噪和吸聲。試想，如果我們的殲-20隱形戰機在飛行時，伴隨大量“轟隆、轟隆”聲，那麼它還如何在天空隱蔽地翱翔，又如何能有效地完成作戰任務？

    目前，研究比較成熟並且被廣泛工業化的阻尼材料大部分都是在室溫以上有效的阻尼材料。然而，隨著人們對外太空探索的熱情空前高漲，對現存的阻尼材料要求越來越高。比如，外太空的環境溫度非常復雜，航太器在繞地球飛行時將會周期性地出現陰陽面溫差，從背陽到向陽一面的溫度可以從-200℃變化到100℃以上，因此，粘彈性阻尼材料未來一定是向著適用于低溫條件、具有寬溫度范圍及高阻尼性能的方向發展。

    有機硅材料被稱為低溫材料之王，在低溫甚至超低溫（-125℃）條件下仍然能夠使用。然而其他的材料在超低溫條件下幾乎沒有使用的可能。通常，阻尼因子大于0.3的材料才叫做有效阻尼材料。但是，單獨的有機硅的阻尼因子在0.1左右，不適合作為阻尼材料。

    環氧樹脂在固化形成三維網絡結構之後，其阻尼因子高達2.0，是有效阻尼因子的6.67倍。這主要得益于環氧剛性的網絡骨架。另外，環氧樹脂還擁有優異的尺寸穩定性、高機械性能和高使用溫度等優點，因此，環氧樹脂被廣泛應用于航空航太、電子電氣、船舶、汽車、建築等領域。

    有機硅環氧合體：實現1+1＞2

    大家可能會想，這還不簡單，只要將有機硅與環氧樹脂混合在一起使用就能實現低溫、寬溫域、高阻尼特性。但是，目前為止，沒有一種合適的方法將有機硅與環氧樹脂真正地“混合”在一起。因為有機硅與環氧樹脂的溶度參數相差巨大，所以簡單地將有機硅與環氧樹脂混合在一起，必將導致兩者發生宏觀的相分離。有機硅環氧樹脂的混合物表現出明顯的相界面，上層是有機硅，下層是環氧樹脂。因此，要想真正地將有機硅與環氧樹脂結合在一起，實現1+1＞2的效果，最重要的是能將有機硅與環氧樹脂真正地“混合”在一起。

    我們大膽地設想，能不能從分子結構設計入手，讓有機硅環氧樹脂從內部産生抑制相分離的驅動力？我們設計了一個具有內在“強迫點”的有機硅/環氧小單體。在這裏，我們利用引入的“強迫點”來提供內驅動力，而化學反應提供外驅動力，最大程度地迫使有機硅與環氧樹脂互相穿插和互鎖。這就好比，我們強迫式地將有機硅與環氧樹脂綁在了一個點上，于是在它們各自進行網絡增長的時候，彼此無法遠離。盡管從熱力學角度來説，它們非常想要離開彼此，但是由于結構的限制，迫使彼此必須近距離生長網絡，于是一個深度相混合的有機硅/環氧“強迫”互穿網絡結構就這樣生成了。

    最終，該“強迫”互穿網絡表現出卓越的超低溫、寬溫域、高阻尼的性能，其溫度范圍從-114℃到103℃、溫域寬度達217℃、阻尼因子均大于0.3。從此，超低溫、寬溫域、高阻尼特性的阻尼材料將不再是夢。（李言）