原來氣凝膠材料不僅質輕保暖,還可以做“隱身鬥篷”

隱身技術是為瞭提高武器裝備和人員在戰爭環境中的生存能力和作戰效能而發展起來的一項重要軍事技術。其中的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,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,在整個過程中通常需要持續耗電,且響應速度慢、可調范圍窄、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。

氣凝膠是一種具有超低密度、高連續孔隙率、比表面積大的合成材料,在隔熱、隔聲、水凈化、膜分離等各領域中具有極其重要的應用價值。同時,氣凝膠也被用於納米相變材料,以提高其熱物理性能,同時保持其儲能能力,因此氣凝膠材料在紅外隱身隔熱中也具有廣闊的應用前景。

原來氣凝膠材料不僅質輕保暖,還可以做“隱身鬥篷”

基於此,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的氣凝膠研究團隊制備瞭一種具有高孔隙率(98%)和高比表面積(365.99 m2/g)的柔性氣凝膠薄膜。他們通過溶解杜邦TM的Kevlar獲得納米纖維溶膠,再經刮刀塗佈、溶膠-凝膠及後續的冷凍幹燥過程獲得Kevlar氣凝膠薄膜。

原來氣凝膠材料不僅質輕保暖,還可以做“隱身鬥篷”

Kevlar氣凝膠及其相變薄膜的制備過程

該氣凝膠具有優異的隔熱性能,室溫環境下,熱導率約為0.036 W/m·K,200μm厚的氣凝膠薄膜覆蓋在300°C的熱源上,氣凝膠表面溫度僅為220°C,溫差達到瞭80°C。

原來氣凝膠材料不僅質輕保暖,還可以做“隱身鬥篷”

Kevlar氣凝膠薄膜的外觀及性能表征

將該氣凝膠薄膜(KNA)與相變材料聚乙二醇(PEG)復合並進行疏水化處理,制備出氣凝膠/相變復合薄膜。該相變復合薄膜具有以下優點:(1)相變焓高達179.1 J/g;(2)紅外發射率與多數環境背景匹配;(3)在3~15μm紅外波段具有超低紅外透過率。在室外環境(如光照)下,用該復合薄膜覆蓋無發熱物體,可實現紅外隱身。

復合薄膜在室外條件下的隱身效果

同時,該研究團隊提出瞭氣凝膠隔熱層與相變復合薄膜疊加的組合結構實現發熱物體紅外隱身的結論:Kevlar氣凝膠薄膜具有優異的隔熱性能,根據目標與環境之間的溫度差異,選擇合適層數或者厚度的氣凝膠層,可將溫度降低至與環境溫度匹配;相變復合薄膜具有低紅外透過率,高溫目標發射的紅外光無法透過。因而覆蓋這種組合結構的高溫目標在紅外照片中也能實現隱身。

原來氣凝膠材料不僅質輕保暖,還可以做“隱身鬥篷”

氣凝膠隔熱層與相變復合薄膜的協同紅外隱身

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