现代战场感知技术迭代加快,可见光侦察、红外热成像、雷达与电磁侦收等手段常常协同使用,单一波段的隐身或伪装越来越难奏效。一方面,目标可见光下需要尽量“融入背景”,降低反射与光泽,减少形态和边界暴露;另一上,红外波段要能随环境与任务快速调整热辐射特征,削弱热成像识别;同时,还要在高强度电磁环境中保护敏感电子设备,降低干扰与信息泄露风险。多重约束叠加,使跨波段、一体化、可调控的新型防护材料成为研究焦点。 问题在于,现有材料体系很难“同时兼顾”。传统低发射率金属涂层在可见光波段反射强,容易产生高光斑,不利于视觉伪装;部分电致变色或有机调控材料虽能改变可见外观,但红外调控幅度、响应速度与耐久性仍受限制;电磁屏蔽材料若追求高导电、高屏蔽,往往又带来增重、外观难匹配等工程问题。如何在同一体系内实现功能协同、避免相互牵制,是跨波段防护的关键瓶颈。 针对上述挑战,南京航空航天大学姬广斌研究团队以“功能层空间解耦”为核心思路,构建层状复合体系Cu₂O/CNT/离子液体(IL)/CNT:以碳纳米管(CNT)薄膜形成导电网络与结构骨架,在两层CNT之间引入离子液体电解质层用于电化学调控,在表面加载氧化亚铜(Cu₂O)纳米颗粒实现可见光伪装呈色。其关键在于“分工清晰、互不干扰”:可见光伪装主要由表层结构色实现,红外动态调控由CNT与离子迁移过程完成,电磁屏蔽则由连续致密的导电网络提供,从结构上降低不同功能之间的冲突。 在可见光伪装上,研究团队通过调控Cu₂O纳米颗粒粒径约100至400纳米,利用米氏散射实现覆盖380至780纳米的宽谱结构色,形成从紫色到橙色等多色域选择,可用于匹配沙漠、丛林等常见背景色系。与传统颜料依赖化学吸收着色、或光子晶体依赖严格有序结构不同,该呈色机制来自非紧密堆积颗粒的散射成色;同时CNT基底意义在于强吸收特性,可抑制杂散反射、降低整体反射率与光泽度,从而减少可见光探测概率,提升视觉隐蔽性。 红外动态调控上,该复合体系通过电化学驱动实现快速热信号管理。依托CNT导电网络与离子液体的离子迁移,电荷转移过程约2秒内即可完成,使红外发射率调制幅度超过0.5。需要指出,表层Cu₂O纳米颗粒长波红外区域几乎无特征吸收,且其寡层、非致密堆积带来较高红外透过能力(实验表征透过率超过90%),因此在保持可见伪装的同时,不会明显削弱下层电化学结构的红外调控效果,缓解了“有颜色就牺牲红外性能”的常见矛盾。研究还演示了3×1像素阵列器件,像素单元可独立控制,在红外热成像监测下实现精细热图案调节;在50℃条件下可获得最高约25.3℃的局部温差调控,显示出在热诱饵、轮廓弱化与热背景融合等场景中的应用潜力。 在电磁屏蔽上,CNT形成的致密导电网络为复合结构提供稳定屏蔽能力,屏蔽效能可保持60 dB以上,为复杂电磁环境下装备电子系统的可靠运行提供材料支撑。随着无人化、信息化装备对电磁兼容与抗干扰要求提高,兼具伪装与电磁防护的材料具备更高工程价值。 从影响来看,跨波段一体化材料不只在于单项指标提升,更在于形成可“按需调节”的自适应能力:可见端降低暴露,红外端快速响应,电子端增强抗扰,适配多源侦察融合的发展趋势。对装备应用而言,轻量化、可规模化制备、环境稳定性与可维护性将成为下一阶段的关键考量;在技术路径上,“分层解耦、功能协同”的设计方法也有望为更多跨域材料系统提供参考。 面向未来,该体系仍需在复杂气候适应、机械耐久、长期循环稳定性以及大面积制备一致性诸上更验证与优化,并与平台外形、涂覆工艺、供能与控制系统开展协同设计。随着材料、器件与系统工程的联动推进,具备可编程、可阵列化、可快速响应的伪装防护技术有望拓展到更多应用场景,为提升装备生存力与信息安全提供新的技术支撑。
在现代战争形态加速演变的背景下,多功能伪装材料的突破反映了我国在新材料领域的基础研究与跨学科创新能力。此成果为构建更具适应性的国防防护体系提供了新的技术思路,其“分层解耦、功能协同”的方法也对民用领域的电磁兼容、热管理等技术发展具有参考价值。