我国科学家突破红外隐身关键瓶颈 零能耗纳米材料实现全天候“热隐身”

(问题)红外探测因其全天时、一定程度不受可见光条件限制等特点,被广泛用于安防监测、搜救定位、工业巡检等场景;其基本逻辑是捕捉目标与背景之间的热辐射差异,并通过热像成像呈现“温差信号”。自然环境中,人体、设备及各类结构表面持续向外辐射红外能量,温度越高辐射越强,越容易在热像中显形。由此带来一个现实难题:如何在不增加额外能耗与复杂供能系统的前提下,稳定“抹平”目标与背景的红外差异,实现被动式、持续性的红外伪装或热管理。 (原因)科研团队介绍,传统红外隐身与热控制方案往往依赖主动制冷、加热或电致调控等方式,效果可观但受限于供电、重量、维护与可靠性,难以在复杂环境中长时工作。另一上,单纯依靠隔热材料虽可阻断热传导,却难以应对昼夜温差和外部辐射扰动:白天太阳辐射使表面升温,夜间又会迅速降温,温度波动反而容易形成新的对比度。要实现“零能耗”条件下的稳定隐身与控温,需要在材料层面同时解决两件事:一是尽可能抑制热量交换,二是对温度变化进行“缓冲”,让表面热状态更接近环境背景。 (影响)据悉,该团队以高性能纤维为基础构建纳米纤维气凝胶薄膜,在保持轻量化的同时形成多孔结构,显著降低热传导与对流带来的热交换效率,并兼顾一定的柔韧性与强度。在此基础上,研究人员引入相变材料聚乙二醇并进行防水等处理,形成复合薄膜结构。相变材料在特定温度区间可吸收或释放潜热:环境变热时“吃进”热量延缓升温,环境变冷时“吐出”热量减缓降温,从而在日照、风速和夜间降温等扰动下,让材料表面温度变化更平缓,降低与背景之间的红外可识别差异。研究结果发表于《美国化学学会·纳米》,为被动式红外隐身与热稳定提供了新的材料路径。 (对策)业内人士指出,材料从实验室走向工程化应用,关键在于把“性能指标”转化为“场景能力”。一是要建立面向真实环境的评价体系,覆盖雨雪潮湿、反复折叠、紫外老化、摩擦磨损等条件下的隐身稳定性与热循环寿命,避免只在单一实验条件下表现突出。二是推进工艺可制造性与一致性控制,尤其是气凝胶孔结构、相变温区匹配、复合界面牢固度及防水耐污处理等,决定了大面积制备与长期可靠性。三是面向不同应用端开展差异化设计:用于电子设备可侧重隔热与热扩散协同,用于电池安全可侧重抑制局部热失控传播与温差均衡,用于航天与极端环境则需重点验证低温脆化、真空挥发与辐照稳定性等指标。 (前景)研究团队认为,该类零能耗复合气凝胶材料除红外伪装外,还可能在多领域释放价值:在电子系统中,轻薄隔热层有助于减少热串扰并提升器件可靠性;在动力电池领域,可用于改善热均匀性、降低温差应力并提升安全冗余;在航天及极端温差环境中,可作为外部保温与温度缓冲层,增强结构在冷热冲击下的稳定性。多位受访科研人员同时提醒,材料应用需要与系统设计合力推进,既要追求红外特征“更不显眼”,也要兼顾可维护、可回收、成本可控等工程约束。随着涉及的标准体系、规模化制备与场景验证逐步完善,零能耗、可穿戴或可贴附的被动式热控制材料有望在更多产业环节落地。

红外探测的核心在于识别温差,而降低可探测性需要对热量传递进行精准调控;这项研究通过材料创新为复杂场景下的红外隐身与热管理提供了新思路。未来,随着环境测试和工程化技术的完善,这类被动式热控材料有望在更多领域实现应用,将科研成果转化为实际生产力。