哈尔滨工业大学张倩教授&曹峰副教授EEM：柔性彩色VIS-IR超织物，用于多场景隐身
研究背景与意义
需求核心：在军事和国防安全领域，实现可见光（VIS）- 红外（IR）波段的多光谱隐身是复杂环境下降低目标探测概率的关键，尤其需应对多光谱成像技术和高精度热传感系统的挑战。
现有技术瓶颈：
红外隐身：虽能通过控制发射率（针对 3-5μm 中波红外 MWIR、8-14μm 长波红外 LWIR 大气窗口）或调控表面温度（如相变材料、热电效应）实现，但难以兼顾可见光隐身。
可见光调制：多层薄膜干涉效应易受视角影响（角度依赖性），且光滑表面易产生镜面反射，导致颜色变化或眩光；生物启发结构色、超表面等虽能改善角度敏感性，但制备成本高、难以规模化应用于柔性场景。
本文要点：
图 1. a) 兼容辐射冷却的双波段红外隐身理想发射率光谱（灰色虚线），以及聚己二酰己二胺（PA66）的分子结构及其本征吸收光谱（黄色实线）。b) 三层多波段柔性隐身超材料纺织品的制备示意图。
材料结构设计与制备
1、整体结构
采用PI（聚酰亚胺）基底 + W（钨）/GST（Ge2Sb2Te5）/PA66（尼龙 66）三层结构，各层功能明确，协同实现多性能集成，具体如下表：
2、制备工艺
W/GST 层制备：采用磁控溅射技术，在 PI 基底上依次沉积 W（99.99% 纯度）和 GST（99.5% 纯度），沉积环境为 3mTorr 氩气氛围，后经 300℃真空退火 1h，得到基础样品S0。
PA66 层制备：将 PA66 粉末溶于无水甲酸（98% 纯度），加入不同浓度（2%-8% 质量比）的着色剂，通过使用北京永康乐业HD-X1静电纺丝机（参数：输液速率 0.1mL/min、电压 + 20kV/-2.5kV、喷嘴 - 收集器距离 15cm）沉积于 S0 表面，最终真空 70℃干燥 1h。
图 2. a) 样品 S0 的发射率光谱；b) 样品 S0 的波阻抗，其中蓝色矩形框为放大的阻抗区域，用于突出吸收峰附近的阻抗匹配情况；c) 样品 S0 在不同波长下的电磁波能流分布；d) 样品 S0 在不同波长下的电磁功率损耗分布。
核心性能与表征结果
1、光学与隐身性能
2、机械与环境耐久性
弯曲稳定性：对 SC2 样品（4% 染料浓度的 PA66 层）进行 3mm 弯曲半径下 10000 次循环弯曲，弯曲前后 MWIR/LWIR 波段发射率无显著变化，SEM 显示层间无剥离或结构退化。
抗 UV 性能：经 395nm、800W UV 灯 10 次循环照射（每次 2h），红外隐身性能无明显降解。
温度循环稳定性：在 - 10 至 100℃温度循环测试中，VIS-IR 全波段隐身性能保持稳定。
图 3. 柔性隐身超材料织物的发射光谱：a) 涂覆聚己二酰己二胺（PA66）的样品（SP1–SP4 代表 PA66 厚度从 5μm 逐渐增加至 20μm）；b) 涂覆不同染料改性 PA66 的样品（SC1–SC4 代表染料与 PA66 的质量比范围为 2%–8%）。c) 样品 S0（黄色曲线）、带抗反射层的 S0（紫色曲线）和样品 SC2（橙色曲线）在可见光范围内的变角反射光谱，入射角度范围为 0°（深色曲线）至 70°（浅色曲线）。d) 不同样品在 3–5μm 大气窗口（蓝色圆点）、8–14μm 大气窗口（橙色圆点）以及 5–8μm 非大气窗口（紫色圆点）中的平均发射率值。插图分别为样品 S0、SP4、SC1、SC2 和 SC4 的表面扫描电子显微镜（SEM）图像。
图 4. a) 蓝色柔性隐身超材料织物的光学图像。b) 样品 SC2 在弯曲测试（弯曲半径 3mm，循环 10000 次）前后的发射光谱，插图为弯曲测试过程中的光学图像。c) 在不同加热器温度下，样品 SC2 的表面辐射温度（TR，红色曲线）、工作温度与(TR)的温差（ΔT，蓝色曲线）以及辐射强度降低比（紫色曲线）。d) 不同加热器温度下，样品 SC2（红色曲线）与参比样品 SS（蓝色曲线）的表面温度，灰色虚线代表斜率为 1 的参比线。e) 样品 SC2 在不同加热温度和观测角度下的热成像图；f) 样品 SC2 在不同加热温度和观测角度下的表面辐射温度统计结果，其中观测角度定义为红外相机与样品法线之间的夹角。
结论与展望
核心结论：该柔性彩色 VIS-IR 超材料纺织品通过 W/GST/PA66 三层结构协同，首次实现多光谱隐身（VIS+MWIR+LWIR）与被动辐射冷却的集成，同时具备角度不敏感性（0-70°）、机械柔性和环境耐久性，为下一代智能隐身系统提供可行方案。
未来方向：通过优化光谱设计和微纳结构，进一步缓解“多光谱伪装需求” 与 “热管理需求”之间的权衡关系，提升复杂环境下的自适应能力。
原文链接：https://doi.org/10.1002/eem2.70158
