红外探测技术的快速发展对热成像系统在作战环境中识别目标的能力产生了重大影响。这一技术进步可能导致军事装备在作战行动中被实时追踪。因此,在现代战争中,红外隐身技术对于降低设备被探测的概率和保障战场生存能力至关重要。物体发射的红外辐射强度取决于两个因素:表面发射率和温度。普遍认为,降低表面发射率是抑制红外信号的有效方法。低红外发射率涂层一直备受关注。当目标设备持续运行并产生大量热量时,设备表面温度将显著升高。表面温度的升高会导致热辐射强度增加。值得注意的是,即使对于低发射率涂层,这种温度升高仍可能使其被热成像系统检测到。低发射率涂层中常用的金属填料(如铝粉)通常具有较高的可见光反射率,这与可见光隐身所需的背景要求相矛盾。在适合户外使用的条件下,已证实灰尘和泥浆等污染物容易在涂层表面积聚。这些污染物会掩盖涂层原有的颜色特性,从而损害其视觉隐身性能。此外,它们还可以改变涂层表面的热辐射特性。污染物的附着并非简单的物理覆盖,而是引入了一个新的界面,影响辐射的吸收和散射。普遍认为,污染物层的发射率高于原始涂层。因此,污染物层的存在会导致红外辐射增加,从而使目标暴露于热成像检测之下。
受荷叶效应的启发,超疏水表面为上述因污染物导致隐身失效的问题提供了一种解决方案。这类表面的自清洁性能源于微/纳米分级粗糙结构和低表面能化学组分之间的协同作用。该结构的构建有助于形成超疏水涂层,使水滴能够以球形滚动并有效带走附着的污染物颗粒。通过水滴滚动过程,污染物颗粒从涂层表面被清除,从而避免对光学和热辐射性能造成干扰。将这种自清洁功能集成到隐身涂层中,有望保持可见光波段的颜色隐蔽性和红外波段的热辐射特性。涂层的自清洁能力使其能够在服役期间自主保持表面洁净,从而延缓隐身性能的退化。
超疏水表面的微/纳米粗糙结构容易受到机械磨损、划伤或化学蚀刻等外部因素的损坏。一旦这种初始结构被破坏,涂层表面的液滴滞留效应将显著增强,从而防止水滴通过滚动作用带走污染物。当粗糙结构消失后,涂层的自清洁能力将丧失,同时可能导致污染物更牢固地附着,进一步加速隐身性能的下降。因此,可以得出结论:仅具备自清洁功能的涂层在长期使用中仍存在失效的风险,因为其依赖的物理结构本身就很脆弱。开发兼具自清洁与自修复功能的超疏水隐身涂层具有重要的实际意义。这类涂层在表面结构和功能受损后,能够自发恢复,或在外部刺激下实现修复。引入自修复功能可作为一种抵抗损伤的机制,从而确保涂层在复杂的户外环境中长期保持隐身性能。
近期,南京航空航天大学姬广斌/谭淑娟教授团队成功制备了一种具有可见光与红外双波段隐身、自清洁、自修复性能的多功能超疏水涂层。
首先制备动态交联聚氨酯(SGPU),随后加入疏水性纳米二氧化硅和疏水性微/纳米二氧化硅,然后通过喷涂工艺制得SGPU/SiO2复合涂层。 所制备的涂层在80°C的温和热刺激下可实现高效的自修复性能,经过3次循环后修复效率高达81%,同时保持16.04MPa的抗拉强度。该涂层具有超疏水性能,水接触角为154.3°,滚动角为3.5°。在热刺激下,该涂层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-修复循环后,其表面化学性质和超疏水性能也能恢复。该涂层在8-14μm波段红外发射率低于0.5,可实现红外与可见光双波段隐身,使视觉外观和热成像与环境保持一致。此外,该涂层还具有良好的自清洁性能,能有效去除表面灰尘污染物。 本研究为红外与可见光双波段隐身应用提供了一种可行的材料设计策略,在军事装备和户外敏感器件保护方面具有广阔的应用前景。 示意图 SGPU/SiO2疏水涂层自修复机制示意图。 数据来源与出处 相关研究成果以“Self-healing superhydrophobic coating for infrared and visible dual-band stealth”为标题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
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