北化杨冬芝教授、于中振教授团队 AFM：用于动态红外伪装和热管理的图案化复合膜

高分子科学前沿 · 化学 · 2 月前

为了实现在动态温度变化情况下的可穿戴红外伪装，北化杨冬芝教授团队设计了一种图案化聚二甲基硅氧烷/MXene/纳米多孔聚四氟乙烯复合膜，该复合膜可以作为超织物，具备中红外波段低发射和太阳光波段同步高反射以及中红外波段高发射和太阳光波段同步高吸收的光谱选择特性，实现了兼具低温 “屏蔽式红外隐身”和高温“补偿式热伪装”的动态场景下的伪装一体化。同时，经过巧妙的设计，材料可通过简单的“反转式两面穿戴”实现智能热管理，在冷热环境下均可以实现穿戴舒适性调节。

材料选择及结构设计

通过具有特定光学特性材料的选择和结构设计，超织物实现相反模式伪装和热调节的兼容。首先，利用图案化CPDMS层的有效传热抑制和MXene层高效的红外屏蔽，NPTFE/MXene/CPDMS（NMC）既能够实现常温环境下的红外隐身，又可以通过外层NPTFE的高太阳光反射和高红外透过，在不妨碍低发射特性的情况下限制光热转换，实现皮肤界面处的热调节。翻转后，通过CPDMS层的高太阳光透过和红外发射，CPDMS/MXene/NPTFE（CMN）超织物有效地将太阳光透射到光热MXene层，然后低损耗地将光热/电热转换产生的热量辐射到表面，主动补偿表面辐射能，实现高温背景下的即时热伪装切换。

图1. 超织物的屏蔽式红外隐身和逆补偿热伪装设计示意图及制备流程和表征

图案化隔热层设计

锥形阵列的图案化设计使薄膜和热源之间形成隔热屏障，并提供水平散热路径，防止热量不均匀积聚。特别是，由于图案化阵列尖端与热源之间的接触面积可以忽略不计，并且锥体侧面具有独特的倾斜结构，因此锥形阵列结构更有利于减少固体热传导和增强热辐射反射，阻碍热量传递到表面。

图2. PDMS层的图案化设计及隔热性能

屏蔽式红外隐身和同步热调节

通过协同MXene的低红外发射率和图案化PDMS的有效传热抑制，超织物具备低红外发射率和调控皮肤界面微气候至舒适态，比传统织物具有自适应热调节特性。

图3. NMC超织物的光学特性及其屏蔽式红外隐身和热调节性能

补偿式热伪装

简单“双面穿”翻转后，超织物将光热/电热转换提供的热能通过外部PDMS的高辐射发射补偿至表面，自适应地将其表面的红外特征与其高温背景相匹配。并且，通过光热和焦耳加热可以赋予靶目标预设热能，智能设定虚拟目标以转移跟踪，实现保护功能。

图4. 反面CMN超织物的光学特性及其补偿式热伪装性能

户外模拟隐身应用

在户外测试中，超织物在不同时间段的树林，太阳光暴晒的沙地，停车场及雪地场景中均表现出优异的红外伪装效果。

图5. 超织物的户外实际应用测试

综合应用性能

除智能热管理外，本研究设计的材料兼具可穿戴耐疲劳的力学特性和柔性、电磁屏蔽、自清洁功能和环境稳定性，显示出智能可穿戴和多功能伪装的潜在应用前景。

图6. 超织物的电磁屏蔽、柔韧性、自清洁以及抗氧化等综合性能

小结

本工作通过进行图案化隔热设计和对具有特定光学特性材料的选择，赋予了材料在太阳光波段和红外波段的光谱选择性，因此实现了低温环境下的“屏蔽式红外隐身”和界面热调节以及高温背景下的“补偿式热伪装”一体化。此外，超织物还具有电磁屏蔽、自清洁、潮湿环境下的抗氧化等综合性能。这项工作为设计多功能以及智能热管理材料提供了一种新的策略。

该工作在课题组前期关于气凝胶热管理(https://doi.org/10.1002/adfm.202212032; https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109484; https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153536)，热伪装(https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00573)以及热管理(https://doi.org/10.1039/D3TA03683A) 的工作基础上，进一步解决了可适用于动态环境下的双模式隐身材料轻薄化及与人体热管理兼容的问题，并以“Spectral-Selective and Adjustable Patterned Polydimethylsiloxane/MXene/Nanoporous Polytetrafluoroethylene Metafabric for Dynamic Infrared Camouflage and Thermal Regulation”为题发表在Advanced Functional Materials期刊。论文第一作者为北京化工大学材料科学与工程学院博士生李白雪，通讯作者为北京化工大学杨冬芝教授和于中振教授。该工作得到国家自然科学基金和中央高校基础研究基金的资助。

--检测服务--

原文连接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202407644

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！