哈尔滨工业大学（深圳）曹峰与张倩：开发多场景隐身的柔性光-红外超构纺织涂层

近日，哈尔滨工业大学（深圳）曹峰、张倩教授等在Energy & Environmental Materials上发表题为：“Flexible Chromatic VIS-IR Meta-Textile for Multi-Scenario Stealth”的研究型论文。

亮点1. 提出了一种新颖策略，通过磁控溅射和静电纺丝技术的有机结合，成功构建了简单而高效的三层超结构表面设计（W/GST/PA66），隐身超织物在宽视角范围内（0°–70°）展现出出色的角度无关光学特性，不同颜色超织物与背景环境之间的色差低至0.4 L*a*b。2. 制备的超织物在大气窗口波段表现出极低的平均红外发射率ε~ 0.1，显示出卓越的热红外隐身性能。非大气窗口波段具有较高发射率ε~0.58，有效增强了被动辐射冷却能力，使超织物表面温度相较于加热板表面温度降低高达11 ℃，实现显著的热管理效应。3. 超织物在多种苛刻条件下表现出卓越的机械和环境耐久性。1000次小半径弯折测试前后光谱变化率<3%；同时具备良好的温度稳定性和抗紫外老化特性。

研究背景

隐身技术已成为现代军事领域的关键对抗手段，其核心在于通过降低目标与背景的电磁特征差异来缩减探测概率。多光谱成像与高精度热传感系统的快速发展及有效融合，对传统角度敏感的显色差异隐身方案构成严峻挑战，亟需发展可见光-红外多光谱兼容且具有可忽略角度敏感色差的隐身技术。

针对大气窗口波段的红外隐身已通过发射率调控取得重要进展。基于斯特藩-玻尔兹曼定律，表面温度控制也成为规避红外探测的有效策略。目前实现温控的途径包括使用相变材料、热电/电热效应以及辐射制冷窗口设计。其中，辐射制冷窗口通过简洁光学结构实现高效稳定的主动辐射制冷。然而，对可见光波段的隐身效果仍缺乏有效保障。

可见光波段颜色调控常依赖多层薄膜干涉效应，但其实际应用存在两个关键局限：一是平面薄膜结构的光学特性具有角度敏感性，限制了全向性能；二是致密光滑表面易产生镜面反射，导致颜色随视角变化或出现眩光。这些问题严重影响军事隐身效果。为此，表面结构化成为提升可见光全向隐身的有效策略。通过生物仿生结构色、超表面及随机粗糙表面等技术，利用多重散射效应实现了宽角度范围（0–70°）的无角度敏感光谱响应。但微纳结构通常依赖成本高昂的先进制备工艺，制约了其在柔性场景中的规模化应用。相比之下，电纺丝技术结合成熟卷对卷设备，可低成本快速制备大面积随机粗糙表面，成为解决上述挑战的可行路径。

文章简读

本研究通过简单有效的三层结构（W/GST/PA66）开发了角度不敏感的彩色选择性多层膜，实现了可见光-红外多光谱隐身与辐射制冷的双重功能集成。所制备的超构纺织品在大气窗口波段（3–5 μm与8–14 μm）表现出0.1的超低平均发射率，显示出优异的热隐身性能。同时，其在非大气窗口波段（5–8 μm）具备高发射率（ε~ 0.58），可显著增强被动辐射制冷效果，使平衡表面温度相较于加热器表面温度最多降低11 ℃。关键的是，该超构纺织品在多种极端条件下仍保持卓越的耐久性，能够承受曲率半径为3 mm的10,000次弯曲循环以及–10 ℃至100 ℃的热循环测试。此外，通过在PA66纳米纤维中引入多色染料，可实现可定制的宽色域着色。值得注意的是，受益于随机纤维结构带来的多尺度光散射效应，该超构纺织品发射体在宽视角范围（0–70°）内展现出优异的角度不敏感性能，不同颜色超构纺织品与其环境背景之间的色差低至0.4 L*a*b。通过结合选择性光谱调控机制、固有的机械柔性与全向光学稳定性，这一多功能系统为新一代智能可见光-红外兼容隐身应用提供了创新平台。未来，光谱设计的进一步发展和微纳结构的优化将有望缓解多光谱伪装与热管理需求之间的矛盾关系。

图文赏析

图1 a)兼具辐射制冷功能的双波段红外隐身理想发射率谱线（灰色虚线），以及PA66的分子结构与其本征吸收谱（黄色实线）。b)三层结构多波段柔性隐身超构纺织品的制备流程示意图。

图2 a)样品S0的发射率谱与 b)波阻抗特性，蓝色框选区域为阻抗放大显示区。c)样品S0在不同波长处的电磁波功率流分布与 d)电磁功率损耗分布。

图3a) PA66涂层柔性隐身超织物的发射光谱（SP1–SP4表示PA66厚度从约5 μm递增至20 μm）及 b)不同染料改性PA66涂层样品（SC1–SC4表示染料/PA66质量分数由2%至8%）的发射光谱。c) S0（黄色）、镀有减反层的S0（紫色）及SC2（橙色）在可见光波段0°（深色）至70°（浅色）入射角下的变角度反射光谱。d)各样品在3–5 μm（蓝点）与8–14 μm（橙点）大气窗口及5–8 μm非大气窗口（紫点）的平均发射率值，插图为S0、SP4、SC1、SC2及SC4样品的表面扫描电镜图像。

图4a)蓝色柔性隐身超织物的光学图像。b) SC2样品在弯曲测试前后（曲率半径3 mm，循环10,000次）的发射光谱，插图为弯曲测试过程中的光学图像。c) SC2样品在不同加热器温度下的表面辐射温度（TR，红线）、以及和工作温度（TH）、的温差（ΔT，蓝线）及归一化辐射强度降低比ΔP（紫线，ΔP=(TH4-TR4)/TH4）。d) SC2样品（红线）与参考样品SS（蓝线）在不同加热器温度下的表面温度，灰色虚线表示斜率为1的参考线。e)不同加热温度与观测角下的热成像图及 f) SC2表面辐射温度的统计值，其中观测角定义为红外相机与样品法线之间的夹角。

图5 a)多光谱背景环境（丛林、雪地与落叶林地）下的视觉隐身性能。插图为SC2样品与高反射隐身表面S0的可见度对比。b)具有不同外观的柔性隐身超织物的光学图像，以及样品与环境背景间的色差ΔE*（数据提取自图5a中五角星标记区域的五个测量点）。c)可见光、d)中波红外与e)长波红外波段下，载货卡车的对比成像图，从左至右分别为：无篷布覆盖、覆盖常规篷布及覆盖白色隐身超织物篷布三种条件。