紅外傳感、探測技術(shù)飛速發(fā)展，針對(duì)人體的柔性熱偽裝服用材料的相關(guān)研究愈發(fā)重要。通常，人體皮膚溫度介于32～35 ℃，熱輻射特征明顯，根據(jù)維恩位移定律，人體所輻射電磁波主要分布在7~14μm 波段；人體皮膚發(fā)射率接近黑體，峰值紅外輻射位于9.5µm附近。鑒于大氣中H2O、CO2以及懸浮顆粒帶來的吸收和散射效應(yīng)，短波3~5 μm和長波8~14 μm是常用的紅外探測波段，而5~8 μm為非探測窗口波段。如上所述，人體熱輻射分布與長波紅外探測窗口存在重合。另一方面，參考AM 1.5G太陽輻射光譜分布特征，太陽光譜覆蓋紫外–可見–近紅外（UV−VIS−NIR）波段，能量密度高（1000W/m2），而人體皮膚在太陽波段平均反射率通常小于60%，即太陽照射下會(huì)吸收入射太陽能量并升溫。綜上，人體紅外輻射特征面臨暴露風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)斯蒂芬·玻爾茲曼定律，降低表面溫度或改變發(fā)射率是實(shí)現(xiàn)個(gè)人熱偽裝的兩種主要途徑。目前雖已有諸多圍繞柔性偽裝器件的研究工作，但針對(duì)個(gè)人熱偽裝服用材料的相關(guān)研究幾乎很少。
個(gè)人熱偽裝復(fù)合多層膜的原理示意圖、電鏡及光學(xué)照片、光譜特性曲線
國防科技大學(xué)劉東青、程海峰團(tuán)隊(duì)針對(duì)該問題發(fā)表了題目為“A personal thermal camouflage material based on nanofibrous polyamide membrane”的文章，研究基于PA66的本征紅外吸收特性和金屬Al的高反射特征，采用磁控濺射和靜電紡絲兩步法制備了一種金屬–聚合物復(fù)合多層膜PA66/Al/nanoPE。在靜電紡絲制備外層PA66納米纖維膜的過程中，纖維隨機(jī)堆疊形成多種納米、微米級(jí)無規(guī)則孔狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)散射體（纖維和孔）的尺寸接近或遠(yuǎn)小于入射電磁波長時(shí)，會(huì)發(fā)生米氏和瑞利共振散射，從而反射太陽光并呈現(xiàn)白色外觀。鑒于PA66纖維膜中散射體尺寸多分布在百納米級(jí)別，可對(duì)短波太陽光產(chǎn)生強(qiáng)烈的Mie散射，提供了兼容紫外偽裝的可能性。另外，交錯(cuò)的孔隙結(jié)構(gòu)可為水蒸汽的通過提供通道，賦予該結(jié)構(gòu)透濕性。金屬反射層可彌補(bǔ)PA66納米纖維膜在近紅外波段反射率的不足。結(jié)合FDTD仿真，進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性。
熱偽裝和選擇性輻射效果驗(yàn)證
PA66/Al/nanoPE復(fù)合多層膜實(shí)現(xiàn)了3~5μm和8 ~14 μm探測波段低發(fā)射率，以解決熱偽裝需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了5~8 μm非探測波段高發(fā)射率，以實(shí)現(xiàn)紅外選擇性輻射散熱降溫。相同加熱條件下，與無選擇性輻射樣品對(duì)比具有更低的平衡溫度。靜電紡絲PA66纖維膜的納米孔、纖維結(jié)構(gòu)帶來的米氏散射效應(yīng)與底部金屬反射層協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了＞90%平均太陽反射率，在峰值太陽輻射強(qiáng)度下，與太陽反射率欠佳的低發(fā)射率偽裝薄膜對(duì)比，可實(shí)現(xiàn)約20 °C的降溫效果。此外，該多層膜在300~400 nm的紫外波段具備高反射能力，滿足紫外偽裝要求，可實(shí)現(xiàn)兼容雪地背景的熱偽裝，透濕防風(fēng)，可作為冬季雪地背景下的個(gè)人熱偽裝服用材料。
反射太陽輻射能力驗(yàn)證和雪地個(gè)人熱偽裝、紫外偽裝效果驗(yàn)證
根據(jù)斯蒂芬·玻爾茲曼定律，降低表面溫度或改變發(fā)射率是實(shí)現(xiàn)個(gè)人熱偽裝的兩種主要途徑。目前雖已有諸多圍繞柔性偽裝器件的研究工作，但針對(duì)個(gè)人熱偽裝服用材料的相關(guān)研究幾乎很少。
個(gè)人熱偽裝復(fù)合多層膜的原理示意圖、電鏡及光學(xué)照片、光譜特性曲線
國防科技大學(xué)劉東青、程海峰團(tuán)隊(duì)針對(duì)該問題發(fā)表了題目為“A personal thermal camouflage material based on nanofibrous polyamide membrane”的文章，研究基于PA66的本征紅外吸收特性和金屬Al的高反射特征，采用磁控濺射和靜電紡絲兩步法制備了一種金屬–聚合物復(fù)合多層膜PA66/Al/nanoPE。在靜電紡絲制備外層PA66納米纖維膜的過程中，纖維隨機(jī)堆疊形成多種納米、微米級(jí)無規(guī)則孔狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)散射體（纖維和孔）的尺寸接近或遠(yuǎn)小于入射電磁波長時(shí)，會(huì)發(fā)生米氏和瑞利共振散射，從而反射太陽光并呈現(xiàn)白色外觀。鑒于PA66纖維膜中散射體尺寸多分布在百納米級(jí)別，可對(duì)短波太陽光產(chǎn)生強(qiáng)烈的Mie散射，提供了兼容紫外偽裝的可能性。另外，交錯(cuò)的孔隙結(jié)構(gòu)可為水蒸汽的通過提供通道，賦予該結(jié)構(gòu)透濕性。金屬反射層可彌補(bǔ)PA66納米纖維膜在近紅外波段反射率的不足。結(jié)合FDTD仿真，進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性。
熱偽裝和選擇性輻射效果驗(yàn)證
PA66/Al/nanoPE復(fù)合多層膜實(shí)現(xiàn)了3~5μm和8 ~14 μm探測波段低發(fā)射率，以解決熱偽裝需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了5~8 μm非探測波段高發(fā)射率，以實(shí)現(xiàn)紅外選擇性輻射散熱降溫。相同加熱條件下，與無選擇性輻射樣品對(duì)比具有更低的平衡溫度。靜電紡絲PA66纖維膜的納米孔、纖維結(jié)構(gòu)帶來的米氏散射效應(yīng)與底部金屬反射層協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了＞90%平均太陽反射率，在峰值太陽輻射強(qiáng)度下，與太陽反射率欠佳的低發(fā)射率偽裝薄膜對(duì)比，可實(shí)現(xiàn)約20 °C的降溫效果。此外，該多層膜在300~400 nm的紫外波段具備高反射能力，滿足紫外偽裝要求，可實(shí)現(xiàn)兼容雪地背景的熱偽裝，透濕防風(fēng)，可作為冬季雪地背景下的個(gè)人熱偽裝服用材料。
反射太陽輻射能力驗(yàn)證和雪地個(gè)人熱偽裝、紫外偽裝效果驗(yàn)證
