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蘇州納米所在氣凝膠相變隱身複合材料領域獲重要進展
2019-03-14| 文章来源:先進材料部 吕婧| 【

  根據Stefan-Boltzmann定律  ,單位面積輻射能量與發射率以及熱力學溫度的四次方成正比。因此,紅外隱身可以通過調節紅外發射率或調控溫度來實現。例如,制造具有微結構的特殊表面可以改變目標的紅外發射率,但微結構並不賦予目標可調的紅外發射率。量子阱、電致變色染料、相變材料等能夠動態調控紅外輻射,然而,在調諧過程中通常需要持續耗電,且響應速度慢、可調範圍窄、柔韌性差。此外,通過調控溫度可實現紅外隱身,然而隔熱毯等材料一般都比較厚重,易導致熱量積聚。可見,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。 

  中國科學院苏州纳米技术與纳米仿生研究所张学同研究員领导的气凝胶团队制备了一种具有高孔隙率(98%)和高比表面積(365.99 m2/g)的柔性氣凝膠薄膜,通過溶解杜邦TMKevlar獲得納米纖維溶膠,再經刮刀塗布、溶膠-凝膠及後續的冷凍幹燥過程獲得Kevlar 氣凝膠薄膜。該氣凝膠具有優異的隔熱性能,室溫環境下,熱導率約爲0.036 W/mK200μm厚的氣凝膠薄膜覆蓋在300°C的熱源上,氣凝膠表面溫度僅爲220°C,溫差達到了80°C相變材料聚乙二醇複合並進行疏水化處理,制備出氣凝膠/相變複合薄膜,該相變複合薄膜:(1)相變焓高達179.1 J/g;(2)红外发射率與多数环境背景匹配;(3)在3μm-15 μm红外波段具有超低红外透过率。在室外环境(如光照)下,用该复合薄膜覆盖无发热物体,可实现红外隐身。对持续发热物体(比如发动机),提出了气凝胶隔热层與相变复合薄膜叠加的组合结构:Kevlar气凝胶薄膜具有优异的隔热性能,根據目标與环境之间的温度差异,选择合适层数或者厚度的气凝胶层,可将温度降低至與环境温度匹配;相变复合薄膜具有低红外透过率,高温目标发射的红外光无法透过。因而覆盖这种组合结构的高温目标在红外照片中也能实现红外隐身。 

  根據使用场景,选用匹配的气凝胶/相變複合薄膜,或者組合結構,即可實現紅外隱身,如圖1所示。相關研究成果以“Nanofibrous Kevlar Aerogel Films and Their Phase Change Composites for Highly Efficient Infrared Stealth”爲題,已在線發表于國際期刊《ACS Nano》( ACS Nano 2019,13, 22362245),並入選ACS Editors’ Choice Article 

  美國ACS News Service Weekly PressPac “Now you see heat, now you don’t”爲題進行了報道。https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2019/acs-presspac-february-27-2019/now-you-see-heat-now-you-dont.html 

  美國Chemical & Engineering News,簡稱 C&EN “Packable Kevlar cloak provides infrared stealth across changing temperatures”爲題進行了報道。https://cen.acs.org/materials/coatings/Packable-Kevlar-cloak-provides-infrared/97/web/2019/02 

  美國Optics & Photonics News以“A flexible way to hide the heat”爲題進行了報道。https://www.osaopn.org/home/newsroom/2019/march/a_flexible_way_to_hide_the_heat/?tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg 

 

  1、凯夫拉纳米纤维气凝胶薄膜的制备、與相变材料的复合及其隐身结构示意圖 

 
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