|
|
祝贺丁一琳博士关于辐射制冷的文章被Advanced Functional Materials接收发表时间：2025-02-23 13:48 近日，本课题组的研究论文《Integrated Multispectral Modulator with Efficient Radiative Cooling for Innovative Thermal Camouflage》被AdvancedFunctional Materials接收。论文第一作者为博士后丁一琳，通讯作者为清华大学化工系张如范副教授。 热伪装技术作为应对红外探测的关键手段，长期面临动态环境适应性与热管理效率难以兼顾的难题。传统静态低发射率涂层存在多光谱兼容性差、热累积导致失效等瓶颈，严重制约其在军事、航空航天等领域的实际应用。针对这一挑战，研究团队创新性地开发出电致变色波长选择性发射率调制器（EWEM），通过光电协同设计实现了辐射制冷与动态热调制的突破性兼容。 该器件采用三氧化钨（WO₃）纳米晶功能表面与低发射率朗伯基底相结合的结构设计，辅以人工固态电解质界面（SEI）技术，在红外探测波段（3-5 μm、8-14 μm）实现动态发射率调节（Δεmax=0.76），同时在非探测波段（5-8 μm、>14 μm）保持高发射率（εmax=0.79），有效解决了传统技术"低发射率伪装"与"高发射率散热"的矛盾。实验表明，EWEM具备快速响应（<6 s）、超长循环稳定性（>10³次）及良好柔韧性，可集成于复杂曲面目标表面，并支持红外信息加密功能。这些集成的功能使EWEM在动态环境中更具实际适用性，也为下一代智能隐身系统在国防、航空航天和节能热调节应用中奠定了多功能基础。 首先，研究团队通过磁控溅射技术构建多层柔性薄膜体系，组成EWEM。WO3纳米晶体作为功能层材料置于顶层，通过调节其晶粒尺寸可实现多波段的选择性光调制；ITO/Au/ITO多层朗伯表面克服角度依赖性并兼具电极功能；尼龙66多孔基底优化离子传输效率；Ta2O5层构建人工SEI界面，有效增强离子传导并抑制漏电流。
图一 EWEM的多层结构示意图和工作原理。 研究团队根据不同波段的探测原理设计了兼容辐射制冷的多波段动态伪装光谱，制备的EWEM最大程度地实现了此光谱设计，即，在可见-近红外波段，调控表面漫反射特性以匹配环境背景，高吸收态可规避光源探测；在红外探测波段（3-5 μm和8-14 μm）选择性调控发射率以混淆热成像，同时在非探测波段（5-8 μm及14 μm以上）保持高发射率以增强辐射制冷；在太赫兹波段实现宽域的吸收调制。
图二 EWEM的概念光谱设计及实际多光谱动态调制。 研究团队通过对EWEM行多层膜的纳米光子学分析，确定了功能膜层的最佳厚度，以保证器件在探测波段实现宽幅度的发射率调制和非探测波段的高发射率。
图三 WO3/ITO/Au/ITO多层膜的光学模拟及厚度优化。 通过微小的电压驱动，EWEM可在红外波段实现明显的分级调控和选择性调控，并对应于表观温度渐变和可见伪装色切换。同时，EWEM快速响应能力和长寿命循环证实了其优异的实际应用性。
图四 EWEM的选择性发射率调控性能。 实测数据显示，EWEM在恒温阶段实测温度较传统宽谱低发射隐身器件（WSLE）低1.7℃，整体温降达6℃，理论冷却功率高达367 W/m²，非探测波段高发射率贡献显著。热成像对比实验显示，EWEM在保持同等伪装效果的同时，显著提升了辐射制冷效率，证实EWEM兼容散热与隐身的可行性。
图五 EWEM兼容的辐射制冷能力。 通过磁控溅射透明ZrO2掩膜在EWEM表面设计隐形红外图案“EC”，偏压调控发射率实现信息可逆擦写，热成像视频验证动态加密过程。弯曲状态下仍实现表观温变热伪装并保持稳定加密功能，展现柔性智能伪装与信息安全应用的潜力。
图六 EWEM的智能热伪装和信息加密演示。 本项研究首次通过波长选择性发射率调控设计，解决了动态热伪装与热调节长期存在的技术权衡，为发展下一代智能隐身系统奠定了重要基础。该技术在国防装备、航空航天和节能热调节等领域具有广阔应用前景。 该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及中国博士后科学基金的支持。Advanced Functional Materials作为Wiley出版集团旗下的国际权威期刊，长期聚焦功能材料领域的前沿突破，2024年最新影响因子达18.5。 |
