紅外隱身
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
紅外隱身的實例教程
最近，通過被動熱管理調節紅外發射的能力賦予了PCMs在紅外隱身領域的潛在應用。然而，如何同時提高相變材料的熱管理和紅外隱身性能，提高相變焓，提高光熱轉換能力和導熱系數，目前的研究還很少。因此，有必要構建基于EGaIn的相變材料，同時提高相變焓、光熱轉換能力和導熱系數，以及多場景應用(熱管理和紅外隱身)，以擴展其在下一代新型高性能EGaIn基相變材料中的應用。
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成果掠影
近期，新加坡國立大學材料科學與工程系Swee Ching Tan教授聯合南京林業大學付宇教授在開發具有高相變焓、光熱轉換能力和導熱系數的EGaIn基相變材料取得新進展。本研究通過簡單的機械球磨工藝制備了一種具有優異光吸收性能的新型EGaIn基相變儲能材料(STA-EGaIn)。采用定向冷凍干燥法和烷基化反應法制備了木片激發纖維素納米晶氣凝膠，同時提高了木片激發纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導熱性能和光熱性能，引入MoS2來降低STA-EGaIn的界面熱阻，調整EGaIn基相變儲能復合材料的光吸收性能。所得復合材料具有優異的光熱轉換性能、高相變焓、防泄漏性能和增強的導熱性。結果表明，基于EGaIn的PCM可用于太陽輻照下儲能裝置(超級電容器)的溫度調節，在紅外隱身領域具有廣闊的應用前景。該工作為制備具有高光吸收性能的新型EGaIn基相變儲能材料和EGaIn在相變儲能和熱管理領域的廣泛應用鋪平了新的道路。
展開 隨著紅外探測技術的飛速發展，熱偽裝與紅外隱身技術/材料引起了廣泛關注。紅外探測的工作原理是通過捕捉物體發射的中紅外波段(7~14 μm)紅外線，然后成像識別物體。通常來講，熱偽裝是通過減小物體與環境的紅外熱輻射差異來實現的。根據斯蒂芬-玻爾茲曼定律：P=εσT4，其中，P為熱輻射能量，σ是玻爾茲曼常數，ε是物體表面紅外發射率，T是熱力學溫度。物體的熱輻射能量直接由其ε和T4決定。可見，實現高溫物體的熱偽裝具有更大的挑戰性。目前，已經有大量關于熱偽裝材料的報道，但其依然具有以下缺點：（1）相變材料的使用溫度相對較低；（2）氣凝膠或泡沫等隔熱材料厚度較大；（3）金屬薄膜或涂層雖然具有較低的紅外發射率，但易腐蝕、密度大且難加工；（4）光子晶體等超材料制備工藝復雜、成本高。目前，利用超薄薄膜或涂層實現高溫物體的熱偽裝仍然是一個巨大挑戰。
近日，鄭州大學材料學院王建峰副教授和王萬杰教授團隊率先報道了Ti3C2Tx MXene的紅外低發射特性（7~14 μm波段范圍內發射率為0.19），與不銹鋼薄膜相當，遠低于石墨烯、氧化石墨烯以及納米蒙脫土等二維材料。在較寬的溫度范圍內（-10 ℃到500 ℃），1 μm厚的超薄柔性MXene薄膜以及超薄MXene涂層展現出優異的、長時間穩定的室內/室外熱偽裝性能，能使500℃高溫物體的輻射溫度降低300℃以上，優于已報道的熱偽裝薄膜/涂層材料。同時，MXene薄膜/涂層具有優異的可熱偽裝的電加熱和高效的電磁波屏蔽性能。該論文為基于超薄薄膜/涂層材料實現高溫物體的熱偽裝提供了有效策略，展示了MXene材料在熱偽裝、紅外隱身、輻射加熱、紅外信號傳輸、安全防護等領域的巨大應用潛力。
展開 因此，紅外隱身可以通過調節紅外發射率或調控溫度來實現。例如，制造具有微結構的特殊表面可以改變目標的紅外發射率，但微結構并不賦予目標可調的紅外發射率。量子阱、電致變色染料、相變材料等能夠動態調控紅外輻射，然而，在調諧過程中通常需要持續耗電，且響應速度慢、可調范圍窄、柔韌性差。此外，通過調控溫度可實現紅外隱身，然而隔熱毯等材料一般都比較厚重，易導致熱量積聚。可見，有效地隱藏目標，使其對熱紅外探測器不可見仍然面臨巨大挑戰。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊制備了一種具有高孔隙率（ 98% ）和高比表面積（ 365.99 m 2 /g ）的柔性氣凝膠薄膜，通過溶解杜邦 TM 的 Kevlar 獲得納米纖維溶膠，再經刮刀涂布、溶膠 - 凝膠及后續的冷凍干燥過程獲得 Kevlar 氣凝膠薄膜。該氣凝膠具有優異的隔熱性能，室溫環境下，熱導率約為 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 ，溫差達到了 80°C 。 與 相變材料聚乙二醇復合并進行疏水化處理，制備出氣凝膠 / 相變復合薄膜，該相變復合薄膜：（ 1 ）相變焓高達 179.1 J/g ；（ 2 ）紅外發射率與多數環境背景匹配；（ 3 ）在 3μm-15 μm 紅外波段具有超低紅外透過率。在室外環境（如光照）下，用該復合薄膜覆蓋無發熱物體，可實現紅外隱身。對持續發熱物體（比如發動機），提出了氣凝膠隔熱層與相變復合薄膜疊加的組合結構： Kevlar 氣凝膠薄膜具有優異的隔熱性能，根據目標與環境之間的溫度差異，選擇合適層數或者厚度的氣凝膠層，可將溫度降低至與環境溫度匹配；相變復合薄膜具有低紅外透過率，高溫目標發射的紅外光無法透過。因而覆蓋這種組合結構的高溫目標在紅外照片中也能實現紅外隱身。
展開 在現代紅外技術應用中，有一個關鍵參數常常被忽視，卻又無處不在——發射率。它不僅是紅外測溫精準性的決定因素，更是紅外隱身、材料檢測、節能環保等眾多領域的核心密碼。今天，我們就從威睛光學的專業視角，帶您深入了解手持式紅外發射率測量技術及其廣闊的應用場景。
一、什么是發射率？為什么它如此重要？
在自然界中，一切溫度高于絕對零度的物體都會向外輻射紅外能量。但不同材料輻射紅外能量的能力各不相同——有的擅長輻射，有的則善于反射。發射率正是描述這種能力的物理參數，它表示實際物體的熱輻射與理想黑體輻射的接近程度，取值范圍在0到1之間。
簡單來說，發射率越高，物體輻射紅外能量的能力越強；發射率越低，則反射能力越強。這個看似簡單的參數，卻是紅外技術應用的基石。無論是紅外測溫、紅外熱像，還是紅外隱身、材料檢測，都必須準確掌握被測物體的發射率，否則一切測量結果都可能是“空中樓閣”。
二、國防安全領域：隱身與反隱身的博弈
在國防安全領域，發射率測量技術扮演著至關重要的角色。
紅外隱身涂層性能評估是典型應用之一。現代無人機、艦船等裝備廣泛采用紅外隱身涂層，以降低被敵方紅外探測設備發現的概率。而這些涂層的紅外隱身效果，核心指標就是其表面發射率。通過手持發射率測量儀，技術保障人員可以在外場快速檢測涂層的發射率參數，評估隱身性能是否達標，發現涂層缺陷，及時進行維護補涂。
此外，在武器裝備紅外特性研究中，發射率測量也是不可或缺的一環。無論是發動機尾噴口的紅外輻射特征分析，還是整機/整車的紅外信號評估，都需要精確的發射率數據作為支撐。
三、民用領域：從節能建材到新能源
隨著“雙碳”目標的推進，發射率測量技術在民用領域同樣展現出巨大潛力。
節能建筑材料是重要應用方向。建筑外墻的輻射制冷涂料、Low-E玻璃等節能材料，其節能效果與表面發射率密切相關。
展開 寬譜帶光管理在軍事隱身，光學信息通信和節能建筑中發揮著至關重要的作用。但是，傳統光學玻璃，從無機玻璃到有機玻璃，都存在易碎和易刮傷的問題，也很少能對環境變化進行自我調節。近年來開發的智能窗戶材料，包括金屬氧化物和有機熱致變色/電致變色復合材料等，則只能在窄的可見光譜范圍內調節透明度，同時仍然受到力學脆弱性和復雜加工要求的限制。它們在光學和力學方面缺點的主要來源是，單一材料內部往往只有單一的光響應位點和單原子的橋接網絡，例如，過渡金屬氧化物在原子層面上通過電荷的注入和去除實現在透明和不透明狀態之間的切換；液晶材料則通過調節介觀有序度來改變可見光透射率；刺激響應水凝膠通過幾十到幾百納米尺度的可逆相分離實現可見光透過率的調節。目前很少有單一材料的內部結構能從納米到微米尺度可控調節定制， 也很少實現同時管理從紫外-可見-紅外的寬譜帶光，人們必須集成多種材料并折衷于復雜的多層處理。武培怡課題組以簡便的方式調節材料的多尺度微納結構，從而在新一代的光學玻璃上實現更豐富可調的光學和力學性能，拓展材料在生物安全、軍事隱身、和節能環保方面的應用。
這項工作通過調節分子的親疏水性，實現多孔結構從納米到微米的多尺度定制，制備了可實現紫外-可見-紅外寬譜帶光管理的新型水玻璃，并且在可見光范圍內可設計響應溫度，有望開發一種紫外光安全、紅外隱身、冬暖夏涼的智能窗戶。
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無論是紅外測溫、紅外熱像，還是紅外隱身、材料檢測，都必須準確掌握被測物體的發射率，否則一切測量結果都可能是“空中樓閣”。
二、國防安全領域：隱身與反隱身的博弈
在國防安全領域，發射率測量技術扮演著至關重要的角色。
紅外隱身涂層性能評估是典型應用之一。現代無人機、艦船等裝備廣泛采用紅外隱身涂層，以降低被敵方紅外探測設備發現的概率。而這些涂層的紅外隱身效果，核心指標就是其表面發射率。
后續可以通過該方法對各種不同的機尾噴管進行仿真優化，應用于聲隱身、紅外隱身、艦載機擋板適配等領域。
(a)用丁烷火焰加熱鋁板前后的照片，(b)鋁板加熱時的紅外熱像圖，(c)帶有PRF/SPRA燒蝕熱保護的完整鋁板在丁烷火焰下的照片，(d)裸PRF/SPRA和與鋁板結合的PRF/SPRA溫度-時間曲線，(e) PRF/SPRA覆蓋的熱目標(丁烷火焰)與鋁板合并在不同時間的紅外熱圖像，(f)光學紅外圖像，(g)燒蝕后正面照片，(h) PRF/SPRA共形紅外隱身前(M1)、后(M2)溫度曲線。
受北極熊紅外隱身機制的啟發，人工紅外熱隱身可以通過將可調節的熱發射率與熱管理特性相結合來實現。熱發射率可以通過調節表面微納米結構來實現。另一方面，由于其可調節的工作溫度和卓越的儲熱能力，PCM是一種理想的熱管理材料。因此，基于NPCM的紅外隱身技術得到了發展，在高技術和現代軍事用途中顯示出巨大的應用潛力。
受北極熊紅外隱身機制的啟發，人工紅外熱隱身可以通過將可調節的熱發射率與熱管理特性相結合來實現。熱發射率可以通過調節表面微納米結構來實現。另一方面，由于其可調節的工作溫度和卓越的儲熱能力，PCM是一種理想的熱管理材料。因此，基于NPCM的紅外隱身技術得到了發展，在高技術和現代軍事用途中顯示出巨大的應用潛力。
最近，通過被動熱管理調節紅外發射的能力賦予了PCMs在紅外隱身領域的潛在應用。然而，如何同時提高相變材料的熱管理和紅外隱身性能，提高相變焓，提高光熱轉換能力和導熱系數，目前的研究還很少。因此，有必要構建基于EGaIn的相變材料，同時提高相變焓、光熱轉換能力和導熱系數，以及多場景應用(熱管理和紅外隱身)，以擴展其在下一代新型高性能EGaIn基相變材料中的應用。
從雷達隱身、紅外隱身到射頻隱身, 針對探測器的不斷發展和新型傳感器的出現, 隱身的內涵及相關性能要求也在不斷得到豐富和提高。
雷達隱身要求對飛行器總體氣動設計帶來的影響
在傳統的氣動力設計方面, 研究的重點是得到一個高升阻比、易于控制且敏捷的氣動力布局和外形。
在隱身性方面，殲20略遜于F22，正面隱身和雷達隱身能力二者旗鼓相當，但殲20外置發動機使其紅外隱身和側面隱身能力大打折扣。在超視距作戰方面，殲20明顯勝出，其航電系統比F22先進了一代。超音速巡航方面F22勝出，機動性方面殲20更占優勢。如果是一對一單挑，殲20應該比F22更加出色，更先進的雷達使其可以先發制敵，占據更有利的位置發射導彈。
飛機隱身的概念非常豐富，主要包括雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身等內容。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00903
相關進展
鄭州大學王建峰/王萬杰AFM：紅外低發射率MXene用于熱偽裝與紅外隱身
鄭州大學王建峰副教授與王萬杰教授團隊在聚合物/MXene導熱、隔熱、阻燃防火及電/光熱轉換復合材料方面取得系列進展
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