根據(jù)Stefan-Boltzmann定律 ，單位面積輻射能量與發(fā)射率以及熱力學(xué)溫度的四次方成正比。因此，紅外隱身可以通過(guò)調(diào)節(jié)紅外發(fā)射率或調(diào)控溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，制造具有微結(jié)構(gòu)的特殊表面可以改變目標(biāo)的紅外發(fā)射率，但微結(jié)構(gòu)并不賦予目標(biāo)可調(diào)的紅外發(fā)射率。量子阱、電致變色染料、相變材料等能夠動(dòng)態(tài)調(diào)控紅外輻射，然而，在調(diào)諧過(guò)程中通常需要持續(xù)耗電，且響應(yīng)速度慢、可調(diào)范圍窄、柔韌性差。此外，通過(guò)調(diào)控溫度可實(shí)現(xiàn)紅外隱身，然而隔熱毯等材料一般都比較厚重，易導(dǎo)致熱量積聚?？梢?jiàn)，有效地隱藏目標(biāo)，使其對(duì)熱紅外探測(cè)器不可見(jiàn)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張學(xué)同領(lǐng)導(dǎo)的氣凝膠團(tuán)隊(duì)制備了一種具有高孔隙率（98%）和高比表面積（365.99 m2/g）的柔性氣凝膠薄膜，通過(guò)溶解杜邦TM的Kevlar獲得納米纖維溶膠，再經(jīng)刮刀涂布、溶膠-凝膠及后續(xù)的冷凍干燥過(guò)程獲得Kevlar氣凝膠薄膜。該氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱性能，室溫環(huán)境下，熱導(dǎo)率約為0.036 W/m·K，200μm厚的氣凝膠薄膜覆蓋在300°C的熱源上，氣凝膠表面溫度僅為220°C，溫差達(dá)到了80°C。與相變材料聚乙二醇復(fù)合并進(jìn)行疏水化處理，制備出氣凝膠/相變復(fù)合薄膜，該相變復(fù)合薄膜：（1）相變焓高達(dá)179.1 J/g；（2）紅外發(fā)射率與多數(shù)環(huán)境背景匹配；（3）在3μm-15 μm紅外波段具有超低紅外透過(guò)率。在室外環(huán)境（如光照）下，用該復(fù)合薄膜覆蓋無(wú)發(fā)熱物體，可實(shí)現(xiàn)紅外隱身。對(duì)持續(xù)發(fā)熱物體（比如發(fā)動(dòng)機(jī)），提出了氣凝膠隔熱層與相變復(fù)合薄膜疊加的組合結(jié)構(gòu)：Kevlar氣凝膠薄膜具有優(yōu)異的隔熱性能，根據(jù)目標(biāo)與環(huán)境之間的溫度差異，選擇合適層數(shù)或者厚度的氣凝膠層，可將溫度降低至與環(huán)境溫度匹配；相變復(fù)合薄膜具有低紅外透過(guò)率，高溫目標(biāo)發(fā)射的紅外光無(wú)法透過(guò)。因而覆蓋這種組合結(jié)構(gòu)的高溫目標(biāo)在紅外照片中也能實(shí)現(xiàn)紅外隱身。
根據(jù)使用場(chǎng)景，選用匹配的氣凝膠/相變復(fù)合薄膜，或者組合結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)紅外隱身，如圖所示。相關(guān)研究成果以Nanofibrous Kevlar Aerogel Films and Their Phase Change Composites for Highly Efficient Infrared Stealth 為題，已在線發(fā)表于國(guó)際期刊ACS Nano（ACS Nano 2019,13, 2236-2245），并入選ACS Editors’ Choice Article。
凱夫拉納米纖維氣凝膠薄膜的制備、與相變材料的復(fù)合及其隱身結(jié)構(gòu)示意圖
