隱身技術(shù)是為了提高武器裝備和人員在戰(zhàn)爭環(huán)境中的生存能力和作戰(zhàn)效能而發(fā)展起來的一項重要軍事技術(shù)。其中的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，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，在整個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，然而隔熱毯等材料一般都比較厚重，易導(dǎo)致熱量積聚?？梢?，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(zhàn)。
氣凝膠是一種具有超低密度、高連續(xù)孔隙率、比表面積大的合成材料，在隔熱、隔聲、水凈化、膜分離等各領(lǐng)域中具有極其重要的應(yīng)用價值。同時，氣凝膠也被用于納米相變材料，以提高其熱物理性能，同時保持其儲能能力，因此氣凝膠材料在紅外隱身隔熱中也具有廣闊的應(yīng)用前景。
基于此，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的氣凝膠研究團隊制備了一種具有高孔隙率（98%）和高比表面積（365.99 m2/g）的柔性氣凝膠薄膜。他們通過溶解杜邦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。
Kevlar氣凝膠及其相變薄膜的制備過程
該氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱性能，室溫環(huán)境下，熱導(dǎo)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。
Kevlar氣凝膠薄膜的外觀及性能表征
將該氣凝膠薄膜（KNA）與相變材料聚乙二醇（PEG）復(fù)合并進行疏水化處理，制備出氣凝膠/相變復(fù)合薄膜。該相變復(fù)合薄膜具有以下優(yōu)點：（1）相變焓高達179.1 J/g；（2）紅外發(fā)射率與多數(shù)環(huán)境背景匹配；（3）在3~15μm紅外波段具有超低紅外透過率。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。
復(fù)合薄膜在室外條件下的隱身效果
同時，該研究團隊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)實現(xiàn)發(fā)熱物體紅外隱身的結(jié)論：Kevlar氣凝膠薄膜具有優(yōu)異的隔熱性能，根據(jù)目標與環(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)的高溫目標在紅外照片中也能實現(xiàn)隱身。
氣凝膠隔熱層與相變復(fù)合薄膜的協(xié)同紅外隱身
