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可以做“隐身斗篷”的气凝胶材料,质轻保暖

发布时间:04-16 18:46   来源:来源  点击:

隐身技术是为了提高武器装备和人员在战争环境中的生存能力和作战效能而发展起来的一项重要军事技术。其中的红外隐身可以通过调节红外发射率或调控温度来实现。例如,量子阱、电致变色染料、相变材料等能够动态调控红外辐射,然而,在整个过程中通常需要持续耗电,且响应速度慢、可调范围窄、柔韧性差。此外,通过调控温度可实现红外隐身,然而隔热毯等材料一般都比较厚重,易导致热量积聚。可见,有效地隐藏目标,使其对热红外探测器不可见仍然面临巨大挑战。

 

气凝胶是一种具有超低密度、高连续孔隙率、比表面积大的合成材料,在隔热、隔声、水净化、膜分离等各领域中具有极其重要的应用价值。同时,气凝胶也被用于纳米相变材料,以提高其热物理性能,同时保持其储能能力,因此气凝胶材料在红外隐身隔热中也具有广阔的应用前景。

 

基于此,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的气凝胶研究团队制备了一种具有高孔隙率(98%)和高比表面积(365.99 m2/g)的柔性气凝胶薄膜。他们通过溶解杜邦TM的Kevlar获得纳米纤维溶胶,再经刮刀涂布、溶胶-凝胶及后续的冷冻干燥过程获得Kevlar气凝胶薄膜。


Kevlar气凝胶及其相变薄膜的制备过程

该气凝胶具有优异的隔热性能,室温环境下,热导率约为0.036 W/m·K,200μm厚的气凝胶薄膜覆盖在300°C的热源上,气凝胶表面温度仅为220°C,温差达到了80°C。


Kevlar气凝胶薄膜的外观及性能表征

 

将该气凝胶薄膜(KNA)与相变材料聚乙二醇(PEG)复合并进行疏水化处理,制备出气凝胶/相变复合薄膜。该相变复合薄膜具有以下优点:(1)相变焓高达179.1 J/g;(2)红外发射率与多数环境背景匹配;(3)在3~15μm红外波段具有超低红外透过率。在室外环境(如光照)下,用该复合薄膜覆盖无发热物体,可实现红外隐身。


复合薄膜在室外条件下的隐身效果

 

同时,该研究团队提出了气凝胶隔热层与相变复合薄膜叠加的组合结构实现发热物体红外隐身的结论:Kevlar气凝胶薄膜具有优异的隔热性能,根据目标与环境之间的温度差异,选择合适层数或者厚度的气凝胶层,可将温度降低至与环境温度匹配;相变复合薄膜具有低红外透过率,高温目标发射的红外光无法透过。因而覆盖这种组合结构的高温目标在红外照片中也能实现隐身。


气凝胶隔热层与相变复合薄膜的协同红外隐身

 

 

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