现代红外探测技术的快速发展,使得热成像系统对军事目标的识别能力大幅提升。在作战环境中,装备一旦被热成像锁定,生存概率将急剧下降。因此,红外隐身技术,通过降低表面发射率来抑制热辐射信号,已成为保障战场生存能力的关键手段。
然而,现有隐身涂层在实际服役中面临两大致命短板,使得"长期有效隐身"成为一个难以攻克的难题。
低红外发射率涂层的实现通常依赖金属填料(如铝粉)来反射红外辐射。但这类金属填料往往同时具有高可见光反射率,涂层表面呈现明显的金属光泽,在沙漠、丛林等自然背景中极易被肉眼识别。
这就形成了一个性能矛盾:一个涂层很难同时满足"红外低辐射"和"可见光低反射"两个看似冲突的需求。传统方案往往只能二选一,无法实现真正的双波段兼容隐身。
即便涂层本身性能优异,户外环境中的灰尘、泥浆等污染物也会不断在其表面积聚。这些污染物带来的危害是双重的:
视觉层面:污染物掩盖涂层原有颜色,破坏与背景的视觉匹配,损害可见光隐身效果。
热辐射层面:污染物层的发射率通常高于原始涂层,形成一个新的高辐射界面,导致红外信号增强,使目标在热成像下暴露。
受荷叶效应启发,超疏水表面为上述污染问题提供了一种优雅的解决方案。这类表面依靠微/纳米分级粗糙结构与低表面能化学组分的协同作用,使水滴呈球形滚动并带走污染物,实现自清洁。
但超疏水涂层有一个致命的痛点,它赖以实现功能的微/纳米粗糙结构本身极易因机械磨损、划伤或化学蚀刻而破坏。一旦结构受损,液滴滞留效应显著增强,自清洁能力立即丧失,污染物反而更牢固地附着,隐身性能加速退化。
核心需求由此明确: 开发一种能同时实现可见光隐身 + 红外隐身 + 自清洁 + 自修复的多功能涂层,在复杂户外环境中长期保持隐身性能。这要求涂层不仅能"防污",还要能"自愈",在结构和功能受损后自发恢复。
南京航空航天大学姬广斌教授与谭淑娟教授团队近期在《Chemical Engineering Journal》上发表的研究,提出了一种巧妙的材料设计思路。
研究团队首先制备了动态交联聚氨酯(SGPU)作为涂层基体。与传统热固性聚氨酯不同,SGPU网络中含有可逆动态键,在温和热刺激下能够发生链段重排与交联重组。这一分子层面的"可逆性"是赋予涂层自修复能力的核心基础。
关键力学与修复性能数据:
抗拉强度:16.04 MPa,满足户外涂层的机械强度要求;
自修复效率:80°C温和热刺激下,经过3次循环修复后效率高达81%;
耐久性:可修复表面划痕和等离子体诱导的损伤,即使经过 10次反复蚀刻-修复循环,表面化学性质和超疏水性能仍能恢复。
在SGPU基体中加入疏水性纳米二氧化硅和微/纳米二氧化硅,通过喷涂工艺一步制备复合涂层。SiO₂颗粒在涂层表面构建出微/纳米分级粗糙结构,这是实现超疏水性的物理基础。
喷涂工艺的优势在于操作简便、可大面积制备,具备良好的工程化应用潜力。
涂层的超疏水性能来源于微/纳米分级粗糙结构与低表面能化学组分的协同作用:
水接触角(WCA):154.3°,远超超疏水阈值(>150°);
滚动角(SA):3.5°,水滴几乎无粘附。
这意味着水滴在涂层表面呈完美球形,能够以极低阻力滚动并带走附着的灰尘污染物颗粒,实现自主自清洁。在模拟户外污染测试中,涂层表面的灰尘可被滚落的水滴有效清除,避免了因污染物附着导致的隐身性能退化。
涂层通过材料组分的精心设计,在不依赖高反射金属填料的前提下实现了低红外发射率,同时保持了低可见光反射率,真正实现了可见光与红外双波段兼容隐身。热成像测试表明,涂覆该涂层的样品在视觉外观和热成像特征上均能与环境背景保持一致。




分享到QQ
微信扫一扫