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  熱偽裝技術(shù)通過調(diào)控目標表面的溫度與紅外輻射特性，可有效提升作戰(zhàn)系統(tǒng)在復雜環(huán)境中的生存能力，其核心設計思路為使目標的紅外輻射特性與周圍環(huán)境相匹配，以降低目標與環(huán)境間的可探測輻射差異。根據(jù)斯特藩–玻爾茲曼定律，所有溫度高于絕對零度的物體均會向外發(fā)射紅外輻射，且其輻射強度與材料表面在大氣透明窗口（中紅外波段）的發(fā)射率、物體表面溫度的四次方呈正相關。因此，精確控制目標表面溫度、降低其在大氣透明窗口的發(fā)射率，已成為實現(xiàn)材料良好熱偽裝性能的主要途徑。但在戶外太陽輻射場景下，MXene、金屬基等傳統(tǒng)熱偽裝材料存在太陽光譜高吸收的固有特性，易引發(fā)顯著的光熱效應，造成隱身表面熱量快速積聚、溫度驟升，這極大限制了此類材料在戶外日照環(huán)境中的紅外隱身性能。因此，研制能夠適應戶外日照環(huán)境的新型熱偽裝材料具有重要的研究與應用價值。

  針對上述問題，東華大學張超研究員、江南大學劉天西教授利用帶電MXene納米片在靜電場作用下形成的濃度梯度分布，結(jié)合其在聚合物單體原位聚合過程中發(fā)揮的物理交聯(lián)作用，制備出兼具MXene納米片含量梯度與孔隙率梯度的雙重梯度多孔高分子復合材料（圖1）。

  2026年2月2日，該工作以“Thermal-Rectified Gradient Porous Nanocomposite Foam Enables Spontaneous-Cooling Thermal Camouflage”為題發(fā)表在《Matter》上。論文第一作者為東華大學材料科學與工程學院博士研究生原蒙蒙，通訊作者為東華大學張超研究員。

圖1. 梯度多孔高分子復合材料的制備與表征：(A)制備過程的示意圖；(B-D)所得樣品的光學照片。

  該梯度多孔高分子復合材料具有連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)，界面熱阻低，且具有獨特的單向傳熱性質(zhì)（熱整流系數(shù)為28%，圖2），可有效切斷高溫隱身目標向熱偽裝表面的熱量傳遞。梯度多孔結(jié)構(gòu)與雙層堆疊結(jié)構(gòu)相比，在厚度方向上具更快的穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)與更高的兩側(cè)表面溫度差。隨 MXene 含量從 1 wt% 增至 10 wt%，梯度多孔結(jié)構(gòu)的熱整流系數(shù)由 12% 提升至 28%。分子動力學模擬進一步揭示：正向傳熱方向（J_DS）聲子散射弱、能量分布均勻、匹配良好，重疊能高于反向傳熱方向（J_SD），證實梯度多孔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了熱流單向優(yōu)先傳輸與高效定向傳熱。同時，該梯度復合材料表現(xiàn)出獨特的Janus光譜特性：MXene富集側(cè)（熱偽裝表面）表現(xiàn)出較低的中紅外發(fā)射率（37.5%），有效抑制紅外輻射；而聚合物富集側(cè)（隱身目標側(cè)）則同時具備較高的中紅外發(fā)射率（94.1%）和太陽光反射率（95.4%），實現(xiàn)了自發(fā)輻射降溫功能。在太陽光直射條件下，該梯度復合材料隱身表面的平均溫度較均勻多孔材料降低了3.8 °C，最大溫降可達8.8 °C（圖3）。連續(xù)24小時熱偽裝測試中，該材料未出現(xiàn)明顯的熱積累和熱應力現(xiàn)象。本工作為熱整流高分子梯度復合材料的設計制備及其戶外自降溫熱偽裝應用提供了研究思路。

圖2. 梯度多孔高分子復合材料的定向傳熱性能：(A) 梯度結(jié)構(gòu)與雙層結(jié)構(gòu)的熱傳導過程示意圖。(B) 梯度結(jié)構(gòu)與雙層結(jié)構(gòu)從致密側(cè)到疏松側(cè)的有限元熱傳導趨勢分析。(C)梯度結(jié)構(gòu)與雙層結(jié)構(gòu)在加熱臺上的熱傳導過程照片及紅外熱像圖。(D) 不同MXene含量的梯度多孔復合材料的不對稱導熱率比較。(E) 不同MXene含量的梯度多孔復合材料在20-100 ^oC范圍內(nèi)的導熱率。(F) 沿J_DS和J_SD熱流方向的原子動能空間分布，色標表示以eV為單位的原子動能。(G, H) 區(qū)域A和B中沿(G) J_DS和(H) J_SD熱流方向的態(tài)密度及聲子譜重疊能量。

圖3. 梯度多孔高分子復合材料的戶外自降溫熱偽裝性能：(A) 梯度多孔高分子復合材料戶外熱偽裝中的應用示意圖。(B) 基于太陽吸收率和中紅外發(fā)射率特性的梯度多孔結(jié)構(gòu)與均勻多孔結(jié)構(gòu)偽裝表面的平衡表面溫度模擬。(C) 梯度多孔結(jié)構(gòu)與均勻多孔結(jié)構(gòu)在特定熱流條件下的有限元熱傳導比較。(D) 梯度多孔結(jié)構(gòu)與均勻多孔結(jié)構(gòu)在戶外熱偽裝中工作原理的對比示意圖。(E) 梯度多孔結(jié)構(gòu)與均勻多孔結(jié)構(gòu)覆蓋下的太陽輻照強度與實時溫度變化曲線。(F) 在直射陽光和高溫環(huán)境下，覆蓋與未覆蓋梯度多孔結(jié)構(gòu)與均勻多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)熱坦克模型（表面溫度100 ^oC）的照片與紅外熱像圖。(G, H) 非接觸模式與接觸模式下，聚合物富集側(cè)表面與目標的表觀溫度隨時間變化曲線。插圖顯示兩種偽裝模式下的溫度測量位置示意圖。(I) 發(fā)熱溫度為70 ^oC的直升機模型在非接觸模式與接觸模式下使用梯度多孔結(jié)構(gòu)進行紅外偽裝的熱像圖。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590238525006150