南京航空航天大学姬广斌：多尺度跨波段防护系统实现可见光、动态红外伪装与电磁屏蔽一体化

研究背景

随着现代战场侦察技术的迅速发展，多光谱探测系统的综合应用使得传统单一波段的伪装手段面临严峻挑战。在复杂多变的作战场景中，军事目标需要在不同波段动态调整自身可见/红外光谱特性，以实现全方位的隐蔽和防护。同时，还需防止复杂电磁环境对精密电子设备的干扰。然而，现有材料系统往往难以兼顾这些需求：低发射率的金属涂层难以实现可见光伪装，而电致变色材料又受限于较弱的红外调控能力。因此，开发能够同时实现可见光伪装、动态红外隐身和高效电磁屏蔽的轻质多功能防护材料，具有重要的应用价值。

A Multi Scale Cross Band Defense System Integrating Decoupled Visible, Dynamic Infrared Camouflage and Electromagnetic Shielding

Junlin Liu, Shujuan Tan*, Xinrui Yang, Jiajie Zhu, Xin Yan, Tianyu Chen, Guangbin Ji*

Nano-Micro Letters (2026)18: 115

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01961-4

本文亮点

1. 空间解耦实现双波段兼容隐身：基于米氏散射效应，实现了不依赖反射基底的宽谱显色，同时保持8~14 μm红外波段90%以上的透射率；而CNT/IL(离子液体)/CNT三明治结构则通过电驱动调控实现了快速可逆的红外发射率变化(Δε>0.5，响应时间2秒)，二者协同满足了动态多光谱伪装需求。

2. 高效电磁屏蔽与电热转换：X波段的电磁屏蔽效能达60 dB以上，同时CNT薄膜具备快速电热转换能力(2.5 V电压下30秒内完成除冰)，适用于补偿极端环境下的热管理需求。

内容简介

针对现代战场环境面临的红外探测、可见光侦察和电磁干扰等多重挑战，南京航空航天大学姬广斌通过创新性的”功能层空间解耦”设计理念，开发出一种层状复合体系Cu₂O/CNT/IL(离子液体)/CNT。该研究突破了传统金属涂层红外信号静态固化、可见光高反射，以及有机电致变色材料红外调控能力弱等技术瓶颈。通过调控Cu₂O粒径(100~400 nm)，可依赖米氏散射效应产生覆盖380~780 nm的宽谱结构色，以匹配常见军事背景如沙漠、丛林等。CNT导电网络支持电控离子嵌入，表层的Cu₂O纳米颗粒因非紧密寡层堆积实现超过90%的红外透过率，使复合体系具有Δε＞0.5的红外发射率快速调制。CNTs的密集导电网络使一体化结构中维持超过60 dB的电磁屏蔽效能，为新一代自适应伪装防护系统提供了理想的轻量化、稳定化解决方案。

图文导读

I 空间解耦设计理念：Cu₂O/CNT/IL/CNT层级结构设计

图1展示了Cu₂O/CNT复合材料的多层级结构设计理念。高折射率的Cu₂O具有2.2 eV的禁带宽度，远超长波红外光子能量，故在此波段几乎不存在特征吸收。该设计地将CNT薄膜作为基底，中间夹入离子液体(IL)电解质层，并在表面负载Cu₂O纳米颗粒。CNT薄膜可通过电化学调控离子嵌入来实现动态红外特性调控，而Cu₂O纳米颗粒可通过其特殊的结构色特性实现多重可见光伪装。多维表征证实了Cu₂O纳米颗粒的合成及其与CNT网络的成功复合，且Cu₂O纳米颗粒保持了显著的红外透明性(透过率>90%)，破除了传统颜料体系存在的颜色与红外性能之间的矛盾。

图1. 跨波段伪装防护体系设计理念与微观表征。

II 可见伪装机制：粒径调控的结构色生成原理

图2表明通过精确控制Cu₂O纳米颗粒的粒径(100~400 nm)，成功实现了从紫色到橙色的宽色域覆盖。不同于传统的需添加浅色基底的颜料着色和依赖有序结构的光子晶体，该材料的颜色源于非紧密排布Cu₂O纳米颗粒的Mie散射效应，CNT基底的黑体特性通过对杂散干扰光的吸收放大了散射色彩的呈现度。可见光谱反射率整体偏低，低光泽度特性有利于降低探测概率，在视觉伪装领域具有独特优势。

图2. Cu₂O纳米颗粒的微观形貌与呈色特性的关联。

III 动态红外调控：电化学驱动的高效热信号管理

图3. 动态红外调控性能与机制。

图3表明所设计的材料体系具有优异的动态红外调控能力，其性能超越现有可见光-红外兼容隐身材料体系。通过离子富集介导的电荷转移，红外发射率调控幅度超过0.5，上述过程仅需在2s内即可完成。同时，Cu₂O纳米颗粒的本征能带结构和堆积方式也导致了CNT/IL/CNT的红外调制能力得以保留。进一步，构建了3×1像素阵列器件，在红外热成像仪监测下演示了精密的热信号管理能力。各像素单元可独立控制，实现最高25.3℃的局部温差调控(50℃条件下)。

IV 补偿维度：高效的电热能量转换效应

图4展示了Cu₂O/CNT薄膜具备的优异电热转换性能，依赖于焦耳热效应，在施加2.5 V电压时饱和温度即可达到60℃以上。在模拟实战环境中具有卓越表现：电热特性支持快速除冰，30s内融化冰层；制造红外假目标，利用温差实现欺骗，诱导敌方进攻以消耗敌方的战力；在60~80℃背景下，通过电热转换与高温背景有效匹配，实现对单一红外发射率调控维度的补偿。

图4. Cu₂O/CNT复合薄膜的电热转换与实际应用特性。

V 电磁防护性能：轻量化复合屏蔽机制

图5展示了该Cu₂O/CNT/IL/CNT复合体系的电磁屏蔽效应，在8.2~12.4 GHz的频段内表现出50 dB以上的稳定屏蔽效能，呈现了”反射-吸收-再反射”多层级损耗机制。进一步，构筑了功能化CNT薄膜，在几乎不影响可见光-红外兼容隐身的前提下，重新组装的复合体系具有超过60 dB的电磁屏蔽性能。这一性能优化源自于功能化碳管的静电引力和氢键作用诱导的致密管壁接触，降低了接触电阻，提升了电导损耗。此外，官能团作为缺陷位点，提升了偶极极化损耗。

图5. 复合体系的电磁屏蔽特性。

VI 总结

本文开发了一种多尺度跨波段防护系统，通过层级结构设计实现了可见光伪装、动态红外调控和电磁屏蔽的多功能集成。具有红外发射率快速调节(Δε>0.5)能力，且通过米氏散射产生结构色并保持90%红外透射率，同时复合体系兼具优异的电磁屏蔽效能电热转换能力，展现出色的环境适应性，为跨波段伪装防护提供了新思路。

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2024 JCR IF=36.3，学科排名Q1区前2%，中国科学院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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