蘇州納米所開發(fā)出氣凝膠相變隱身復(fù)合材料

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，紅外隱身可以通過調(diào)節(jié)紅外發(fā)射率或調(diào)控溫度來實現(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、相變材料等能夠動態(tài)調(diào)控紅外輻射，然而在調(diào)節(jié)過程中通常需要持續(xù)耗電，且響應(yīng)速度慢、可調(diào)范圍窄、柔韌性差。此外，通過調(diào)控溫度可實現(xiàn)紅外隱身，但隔熱毯等材料一般都比較厚重，易導(dǎo)致熱量積聚。可見，有效地隱藏目標(biāo)使其對熱紅外探測器未顯現(xiàn)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員領(lǐng)導(dǎo)的氣凝膠團隊制備出一種具有高孔隙率（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)的冷凍干燥過程獲得Kevlar氣凝膠薄膜。該氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱性能，在室溫環(huán)境下其熱導(dǎo)率約為0.036 W/（m·K），當(dāng)200μm厚的氣凝膠薄膜覆蓋在300℃的熱源上時氣凝膠表面溫度僅為220°C，溫差達(dá)到80℃。與相變材料聚乙二醇復(fù)合并進(jìn)行疏水處理制備出氣凝膠/相變復(fù)合薄膜，該相變復(fù)合薄膜的相變焓高達(dá)179.1 J/g，紅外發(fā)射率與多數(shù)環(huán)境背景匹配，在3～15μm紅外波段具有超低紅外透過率，且在室外環(huán)境（如光照）下用該復(fù)合薄膜覆蓋無發(fā)熱物體可實現(xiàn)紅外隱身。對持續(xù)發(fā)熱物體（比如發(fā)動機）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率，高溫目標(biāo)發(fā)射的紅外光無法透過。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現(xiàn)紅外隱身。根據(jù)使用場景，選用匹配的氣凝膠/相變復(fù)合薄膜，或者組合結(jié)構(gòu)，即可實現(xiàn)紅外隱身。相關(guān)研究成果以“Nanofibrous Kevlar Aerogel Films and Their Phase Change Composites for Highly Efficient Infrared Stealth”為題已于2019年在線發(fā)表于國際期刊《ACSNano》（2236-2245）上，并入選ACSEditors'Choice Article。