武汉大学刘抗课题组《Nano Energy》：可见红外双波段伪装织物

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衣服织物是几千年来人类日常生活中最常见的生活必需品，但它功能一直主要局限于防寒保暖以及美观等功能。近年来随着材料科学的发展，衣服织物被赋予更加丰富的潜在能力，包括被动降温、发电、储能、显示等等。而关于织物另一潜在能力——伪装则开发较少，除了常见迷彩服之外，可见红外波段的伪装织物均较为少见。

基于这一需求，武汉大学刘抗教授团队联合加州大学洛杉矶分校陈俊教授开发了一种可见红外双波段智能伪装织物。其基本理念是利用多孔织物内部少量的水分对织物红外光学性质极其敏感的影响来调控红外光谱，而通过水与环境蒸气压的平衡来获得智能响应性能。

其基本结构如图1所示，其核心是含湿的多孔PE聚合物。PE聚合物自身红外透明，当内部含水时红外透明度低，内部水量较少时红外透明度高。当PE内部水分换成一定量的稀释盐溶液时，PE内部水分就会随着温度的升高而减小，而当温度降下来时，会自发从空气中吸收水分，总含湿量增加。当多孔PE与低发射的基底复合时，就可以实现高温下自发显示低发射率，低温下回复到高发射率，实现红外智能伪装，原理如图1c所示。

图1 伪装织物的设计和红外发射率动态调控的原理

根据这一原理，他们设计了如图2所示的织物，纳米多孔PE膜背面沉积一层低发射金薄膜组成，PE内含少量的氯化钙或者溴化锂溶液，含量约为280 nL/cm²。该伪装织物非常轻柔，整体厚度只有7微米。当温度从25.8℃升至67.4℃，织物的发射率从0.8降至0.27，并且这种变化完全可回复，并可循环使用，原位红外反射光谱测试进一步表明随着温度升高，织物的反射率逐渐升高，红外发射率逐渐下降。

图2 伪装织物发射率随温度的变化

同时他们发现上层多孔PE在可见光波段一直处于透明状态，如图3a所示。也就是说这一层红外调控层并不影响可见光的调控，可能实现可见波段和红外波段的双重伪装。因此他们进一步在底部低反射层引入结构色，对伪装织物的可见光颜色进行设计。通过在高反射底层表面沉积TiAlN介质膜，使织物可以呈现所有的颜色，如图3所示，从而实现可见和红外双伪装。

图3 伪装织物的可见光调控

为了证明其伪装效果，将伪装织物贴于人体皮肤表面，皮肤在可见段显示与周围草地接近的颜色，同时在红外相机下呈现出与周围草地相近温度，如图4a和4b所示。为了更进一步证明其功能，他们设计引入一种带误导功能的设计，如图4c所示。一片白色的陶瓷加热片置于一个有颜色的基底上，无论是在可见相机还是红外相机下都是十分清晰可见的，但当将伪装织物贴于加热片上之后，在可见相机下，更显著的图案是一朵花，而在红外相机下，显示的是一个小人，且在加热片温度变化时，伪装织物能自适应调整其发射率，呈现与背景相近的温度，如图4所示。这些性能展示了该智能织物在伪装领域潜力的可能性。

图4 织物的伪装性能展示

以上相关研究成果于Nano Energy发表。论文题目：Moisture assisted photo-engineered textiles for visible and self-adaptive infrared dual camouflage。武汉大学刘辉东副研究员，2019级硕士生王晨逸和加州大学洛杉矶分校陈国瑞为论文共同第一作者，武汉大学刘抗和加州大学洛杉矶分校陈俊为共同通讯作者，武汉大学为论文第一署名单位。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106855

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