国防科技大学刘东青、程海峰团队于2024年2月5号在期刊《Chemical Engineering Journal》在线发表了题目为“A personal thermal camouflage material based on nanofibrous polyamide membrane”的文章，博士生史婷婷为该论文第一作者，国防科技大学为该论文独立通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目资助。

红外传感、探测技术飞速发展，针对人体的柔性热伪装服用材料相关研究愈发重要。通常，人体皮肤温度介于32–35 ℃，热辐射特征明显，根据维恩位移定律人体所辐射电磁波主要分布在7–14 μm 波段；人体皮肤发射率接近黑体（ɛskin ≈ 0.98），峰值红外辐射位于9.5 µm附近。鉴于大气中H2O、CO2以及悬浮颗粒带来的吸收和散射效应，短波3–5 μm和长波8–14 μm是常用的红外探测波段，而5–8 μm为非探测窗口波段。如上所述，人体热辐射分布与长波红外探测窗口存在重合。另一方面，参考AM 1.5G太阳辐射光谱分布特征，太阳光谱覆盖紫外–可见–近红外（UV−VIS−NIR）波段，能量密度高（1000W/m2），而人体皮肤在太阳波段平均反射率通常小于60%，即太阳照射下会吸收入射太阳能量并升温。综上，人体红外辐射特征面临暴露风险。

根据斯蒂芬·玻尔兹曼定律：

其中，M为物体的红外辐射出射度、ε为红外发射率、σ为玻尔兹曼常数、T为物体表面温度，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。

图1 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。

本研究基于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。

静电纺丝机使用型号：北京永康乐业SS-2531D

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。

图2 热伪装和选择性辐射效果验证。

PA66/Al/nanoPE复合多层膜实现了3–5和8–14 μm探测波段低发射率（和）以解决热伪装需求，同时非探测波段5–8 μm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。

图3 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。

本研究首次提出了个人热伪装（personal thermal camouflage，PTC）的新概念，并巧妙利用了PA66的本征红外吸收特性实现选择性辐射。PA66分子链中存在着色活性位点，后续有望通过着色改性拓宽多场景兼容的PTC材料研究工作。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149342