根据斯蒂芬·玻尔兹曼定律,降低表面温度或改变发射率是实现个人热伪装的两种主要途径。目前虽已有诸多围绕柔性伪装器件的研究工作,但针对个人热伪装服用材料的相关研究几乎很少。

个人热伪装复合多层膜的原理示意图、电镜及光学照片、光谱特性曲线
国防科技大学刘东青、程海峰团队针对该问题发表了题目为“A personal thermal camouflage material based on nanofibrous polyamide membrane”的文章,研究基于PA66的本征红外吸收特性和金属Al的高反射特征,采用磁控溅射和静电纺丝两步法制备了一种金属–聚合物复合多层膜PA66/Al/nanoPE。在静电纺丝制备外层PA66纳米纤维膜的过程中,纤维随机堆叠形成多种纳米、微米级无规则孔状结构,当散射体(纤维和孔)的尺寸接近或远小于入射电磁波长时,会发生米氏和瑞利共振散射,从而反射太阳光并呈现白色外观。鉴于PA66纤维膜中散射体尺寸多分布在百纳米级别,可对短波太阳光产生强烈的Mie散射,提供了兼容紫外伪装的可能性。另外,交错的孔隙结构可为水蒸汽的通过提供通道,赋予该结构透湿性。金属反射层可弥补PA66纳米纤维膜在近红外波段反射率的不足。结合FDTD仿真,进一步验证了实验结果的合理性。

热伪装和选择性辐射效果验证
PA66/Al/nanoPE复合多层膜实现了3~5μm和8 ~14 μm探测波段低发射率,以解决热伪装需求,同时实现了5~8 μm非探测波段高发射率,以实现红外选择性辐射散热降温。相同加热条件下,与无选择性辐射样品对比具有更低的平衡温度。静电纺丝PA66纤维膜的纳米孔、纤维结构带来的米氏散射效应与底部金属反射层协同作用,实现了>90%平均太阳反射率,在峰值太阳辐射强度下,与太阳反射率欠佳的低发射率伪装薄膜对比,可实现约20 °C的降温效果。此外,该多层膜在300~400 nm的紫外波段具备高反射能力,满足紫外伪装要求,可实现兼容雪地背景的热伪装,透湿防风,可作为冬季雪地背景下的个人热伪装服用材料。

反射太阳辐射能力验证和雪地个人热伪装、紫外伪装效果验证