南京大學(xué) & 中科院長春光機(jī)所Nat. Commun. | 多光譜偽裝輻射制冷膜的分級(jí)設(shè)計(jì)與規(guī)?；a(chǎn)

第一作者：Yi Jiang, Banghai Wang, Yang An

通訊作者：Wei Li, Yanqing Lu, Jia Zhu, Bin Zhu

通訊作者單位：南京大學(xué)、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所

導(dǎo)讀

在各種戶外環(huán)境下，物體（人類、動(dòng)物、設(shè)施等）的外觀和光學(xué)特性往往需要同時(shí)滿足兩個(gè)主要目的：自身舒適度的保持和應(yīng)對(duì)環(huán)境的自我保護(hù)。其中，制冷技術(shù)是應(yīng)對(duì)全球變暖加劇和白天峰值溫度上升的重要手段，而偽裝是躲避危險(xiǎn)的重要保護(hù)措施。然而，這兩個(gè)要求因?yàn)楣蚕眍愃频牟ǘ?，因此往往存在光學(xué)上的矛盾。以輻射制冷和紅外偽裝為例，它們都集中在中紅外波段（2.5-20 μm），但輻射制冷要求中紅外高發(fā)射，而紅外偽裝要求3-5 μm和8-14 μm波段低發(fā)射，因此，設(shè)計(jì)中紅外選擇性光譜同時(shí)實(shí)現(xiàn)多光譜偽裝和制冷性能至關(guān)重要。

本文報(bào)道了一種適用于多光譜偽裝的輻射制冷膜，該薄膜由鋁-聚酰胺66金屬基聚合物雙層結(jié)構(gòu)組成，通過跨尺度的分級(jí)設(shè)計(jì)和可規(guī)?；撵o電紡絲工藝可實(shí)現(xiàn)紅外（3-5 μm和8-14 μm）和激光（10.6 μm）波段的兼容偽裝，并在非大氣窗口（5-8 μm和14-20 μm）波段實(shí)現(xiàn)高效的輻射制冷，同時(shí)在-60 °到60 °之間具有弱的角度依賴性。

此外，該薄膜可通過精心設(shè)計(jì)調(diào)控表面發(fā)射率和顏色以平衡不同環(huán)境下的偽裝和制冷效果。該工作提出的官能團(tuán)篩選原則有望推動(dòng)聚合物基光子晶體的精確設(shè)計(jì)，開發(fā)的多光譜偽裝輻射制冷膜也有望推動(dòng)隱身領(lǐng)域的大規(guī)?？沙掷m(xù)應(yīng)用。

亮點(diǎn)分析

一、分級(jí)跨尺度設(shè)計(jì)的多光譜偽裝輻射制冷膜

本文通過分級(jí)跨尺度設(shè)計(jì)和可規(guī)?；o電紡絲工藝制備了鋁-聚酰胺66金屬基聚合物雙層結(jié)構(gòu)薄膜（X-film），協(xié)同兼容了可見、紅外、激光多波段偽裝和輻射散熱性能。

原子振動(dòng)：原子組成的化學(xué)鍵振動(dòng)決定了材料的本征紅外吸收特性。

分子構(gòu)型：聚合物主要由主鏈和官能團(tuán)組成，而官能團(tuán)代表了聚合物的主要性質(zhì)，通過官能團(tuán)篩選原則可決定滿足理想光譜選擇性的基本單元。

微納結(jié)構(gòu)：百納米纖維直徑提供了低的中紅外散射效率，隨機(jī)堆疊的纖維結(jié)構(gòu)提供了中紅外弱的角度依賴性。

圖 1 |多光譜偽裝輻射制冷膜的分級(jí)跨尺度設(shè)計(jì)

二、多光譜偽裝輻射制冷膜的實(shí)際應(yīng)用

通過附有X-film（X-fabric）和鋁箔（Al-fabric）的棉織物穿在假人模型身上進(jìn)行多光譜偽裝與降溫性能驗(yàn)證，模型的胸部和腹部等主要部位貼有加熱片模擬人體發(fā)熱。

紅外偽裝特性：X-fabric與Al-fabric具有相似的紅外隱身特性。

可見偽裝特性：X-fabric可調(diào)節(jié)顏色，在白墻背景下比Al-fabric更有偽裝優(yōu)勢(shì)。

激光偽裝特性：激光偽裝潛力通過利用量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)射10.6μm光打在假人模型身上并用紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)其在織物表面產(chǎn)生的亮斑溫度來評(píng)估，更高的溫度說明隱身效果越差。X-fabric比Al-fabric更具激光偽裝潛力，能承受更短的最大探測(cè)距離。

角度依賴性：X-fabric在-60 °到60 °內(nèi)都具備優(yōu)異的紅外偽裝性能。

降溫性能：X-fabric由于在非大氣窗口波段有額外的輻射散熱能力，因此能實(shí)現(xiàn)更低的溫度。

圖 2 |多光譜偽裝輻射制冷膜的實(shí)際應(yīng)用

【文章信息】

Jiang, Y., Wang, B., An, Y. et al. Hierarchical design and scalable production of radiative cooling film featuring multispectral camouflage. Nat. Commun. (2026).

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