衣服織物是幾千年來人類日常生活中最常見的生活必需品，但它功能一直主要局限于防寒保暖以及美觀等功能。近年來隨著材料科學的發展，衣服織物被賦予更加豐富的潛在能力，包括被動降溫、發電、儲能、顯示等等。而關于織物另一潛在能力——偽裝則開發較少，除了常見迷彩服之外，可見紅外波段的偽裝織物均較為少見。
基于這一需求，武漢大學劉抗教授團隊聯合加州大學洛杉磯分校陳俊教授開發了一種可見紅外雙波段智能偽裝織物。其基本理念是利用多孔織物內部少量的水分對織物紅外光學性質極其敏感的影響來調控紅外光譜，而通過水與環境蒸氣壓的平衡來獲得智能響應性能。
其基本結構如圖1所示，其核心是含濕的多孔PE聚合物。PE聚合物自身紅外透明，當內部含水時紅外透明度低，內部水量較少時紅外透明度高。當PE內部水分換成一定量的稀釋鹽溶液時，PE內部水分就會隨著溫度的升高而減小，而當溫度降下來時，會自發從空氣中吸收水分，總含濕量增加。當多孔PE與低發射的基底復合時，就可以實現高溫下自發顯示低發射率，低溫下回復到高發射率，實現紅外智能偽裝，原理如圖1c所示。
圖1 偽裝織物的設計和紅外發射率動態調控的原理
根據這一原理，他們設計了如圖2所示的織物，納米多孔PE膜背面沉積一層低發射金薄膜組成，PE內含少量的氯化鈣或者溴化鋰溶液，含量約為280 nL/cm2。該偽裝織物非常輕柔，整體厚度只有7微米。當溫度從25.8℃升至67.4℃，織物的發射率從0.8降至0.27，并且這種變化完全可回復，并可循環使用，原位紅外反射光譜測試進一步表明隨著溫度升高，織物的反射率逐漸升高，紅外發射率逐漸下降。
圖2 偽裝織物發射率隨溫度的變化
同時他們發現上層多孔PE在可見光波段一直處于透明狀態，如圖3a所示。也就是說這一層紅外調控層并不影響可見光的調控，可能實現可見波段和紅外波段的雙重偽裝。因此他們進一步在底部低反射層引入結構色，對偽裝織物的可見光顏色進行設計。通過在高反射底層表面沉積TiAlN介質膜，使織物可以呈現所有的顏色，如圖3所示，從而實現可見和紅外雙偽裝。
圖3 偽裝織物的可見光調控
為了證明其偽裝效果，將偽裝織物貼于人體皮膚表面，皮膚在可見段顯示與周圍草地接近的顏色，同時在紅外相機下呈現出與周圍草地相近溫度，如圖4a和4b所示。為了更進一步證明其功能，他們設計引入一種帶誤導功能的設計，如圖4c所示。一片白色的陶瓷加熱片置于一個有顏色的基底上，無論是在可見相機還是紅外相機下都是十分清晰可見的，但當將偽裝織物貼于加熱片上之后，在可見相機下，更顯著的圖案是一朵花，而在紅外相機下，顯示的是一個小人，且在加熱片溫度變化時，偽裝織物能自適應調整其發射率，呈現與背景相近的溫度，如圖4所示。這些性能展示了該智能織物在偽裝領域潛力的可能性。
圖4 織物的偽裝性能展示
以上相關研究成果于Nano Energy發表。論文題目：Moisture assisted photo-engineered textiles for visible and self-adaptive infrared dual camouflage。武漢大學劉輝東副研究員，2019級碩士生王晨逸和加州大學洛杉磯分校陳國瑞為論文共同第一作者，武漢大學劉抗和加州大學洛杉磯分校陳俊為共同通訊作者，武漢大學為論文第一署名單位。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106855
