哈工大（深圳）曹峰CEJ│基于GST相变调控的多波段兼容隐身柔性薄膜

论文信息：

Wang, J.; Wu, Z.; Sun, X.; Tang, Z.; Wang, C.; Yu, F.; Zhao, Z.; Mao, J.; Zhang, Q.; Cao, F. Multi-band compatible camouflage enabled by phase transition modulation of flexible GST films. Chemical Engineering Journal 2024, 499, 156128,

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156128.

研究背景

研究背景

隐身技术旨在通过减小目标物体与环境背景的信号差异，从而减少被探测到的概率。近距离军事作战中，对目标（如人体、车辆、装备等）进行隐身十分关键。一般可通过最小化目标物体与环境背景的色差，以规避人类视觉的侦测。此外，红外（IR）隐身技术在对抗红外探测器（包括热成像系统、红外制导导弹等）方面至关重要，有助于将目标的辐射信号与背景信号相匹配。随着探测技术的不断提升和改进，传统的在可见光谱（VIS）、中波红外（MWIR：3−5 μm）和长波红外（LWIR：8−14 μm ）波段的单波段隐身技术难以满足军事行动中在复杂电磁场环境、多样化作战背景和各种目标形态下的隐身需求。因此，迫切需要发展多波段兼容的隐身技术，特别是在可见红外波段的兼容隐身。

然而，红外隐身和辐射降温对发射率提出了相反的调控需求，这对在不同应用环境和目标中实现多波段的高效隐身提出了重大挑战。基于此，哈尔滨工业大学（深圳）曹峰团队提出了一种基于Ge2Sb2Te5相变调制的光谱选择性发射器，该技术实现了宽温域、大角度、多场景、多波段兼容的隐身效果，相关成果发表在《Chemical Engineering Journal》上。

图1 多波段兼容隐身机理。

研究内容

研究内容

在这项工作中，作者提出了一种非周期性多层结构（W/ GST/HfO2），其应用于聚酰亚胺（PI）衬底，以实现柔性多波段隐身。该结构柔性基底的选择以及减反层的设计，赋予薄膜良好的柔性特征以及丰富的表观颜色选择。此外，利用GST的相位调制，这种结构在两个红外探测波段的发射率得以有效抑制。在中波红外和低波红外波段的发射率值分别为 0.1 和 0.08，从而确保了有效的红外双波段隐身。此外，非探测波段的相对高发射率（ε 5−8 μm = 0.486）实现了有效的被动辐射冷却，使样品表面的平衡温度比参考样品表面降低了12 ℃。这项研究为宽温度范围和多波段兼容隐身提供了可能性，使其适用于复杂的电磁场环境、不同的作战背景和各种非平面目标。

图文导读

图文导读

图2 弯折测试及可见光颜色隐身。

图3 M3C-F的红外隐身性能。

结论和展望

结论与展望

通过调控顶层HfO2层的厚度，M3C-F薄膜可实现多彩外观控制，便于在各种环境背景下进行可见隐身。此外，M3C-F 薄膜还具有优异的柔韧性，在弯曲半径为 3 mm的情况下，经过 5000次弯曲后，其光学和形态变化几乎可以忽略不计，因此可与具有复杂曲面的各种目标兼容。M3C-F薄膜将为下一代柔性隐身的设计提供大量应用和灵感。同时，与参考样品 K9 玻璃相比，M3C-F在中波红外和长波红外波段的辐射温度相对于目标表面 (200 ℃) 分别降低了 105 ℃ 和 140 ℃，与同类研究相比，表现出更出色的热辐射抑制效果。此外，该薄膜能够在25−200 ℃温度范围内，以及0−60°宽观测角度范围，能够实现可见光波段和两个大气窗口的高效隐身。这项工作为设计具备集成热管理功能和可见红外兼容隐身涂层奠定了基础。