تصميم هرمي وإنتاج قابل للتوسع لفيلم تبريد إشعاعي بتمويه طيفي متعدد

البقاء بارداً مع البقاء مخفياً

مع تزايد موجات الحرارة وتطور تقنيات المراقبة، تبرز حاجة متزايدة إلى مواد تستطيع إبقاء الأشخاص والمعدات باردة وفي الوقت نفسه مساعدتهم على التملص من الاكتشاف. تُبلغ هذه الدراسة عن نوع جديد من الأفلام الرقيقة المصنوعة من البلاستيك والمعدن التي تستطيع طرد الحرارة إلى الفضاء مع إخفاء بصماتها تحت الحمراء والليزرية، ويمكن تلوينها أيضاً لتمتزج مع محيطات شائعة مثل الجدران أو الرمال أو الشجيرات.

تحدي الحرارة والإخفاء

الأشياء في الهواء الطلق، من الأشخاص والخيام إلى الأجهزة الإلكترونية، تواجه طلبين متعارضين. للراحة والسلامة، يجب أن تطلق الحرارة الزائدة، لا سيما مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية. في الوقت نفسه، تتطلب مواقف عديدة التمويه من الكاميرات الحرارية وكاشفات الليزر التي تبحث عن الحرارة أو انعكاسات الليزر في نطاقات تحت حمراء محددة. المواد التقليدية للتبريد تظهر ساطعة في الأطوال الموجية التي تراقبها كاميرات الحرارة، مما يجعل الأهداف سهلة الاكتشاف. وبالمقابل، طلاءات التخفي التقليدية غالباً ما تحبس الحرارة، ما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة أو الحاجة لمزيد من الطاقة للتبريد.

فيلم مبني من الجزيئات صعوداً

تعامل الباحثون مع هذا التضارب من خلال تصميم مادة انتقائية بشأن الأطوال الموجية تحت الحمراء التي تصدرها وتعكسها. بدأوا بفحص قطع البناء العضوية الشائعة للعثور على مجموعات كيميائية بوليمرية تهتز روابطها وتمتص وتصدر بشكل أساسي في نوافذ تحت حمراء «غير قابلة للكشف»، بينما تظل هادئة في نطاقات الموجة الأكثر استخداماً في الاستشعار الحراري. قادهم هذا إلى بوليمر مألوف: بولي أميد 66، المعروف أيضاً باسم نايلون 66. عند معالجته بشكل مناسب، يظهر نايلون 66 نشاطاً قوياً تحت أحمرياً فقط في نطاقات مختارة بعناية وله ميزة امتصاص إضافية قريبة من طول موجي ليزري عسكري شائع عند 10.6 ميكرومتر، ما يجعله مثالياً لإضعاف ارتدادات الليزر.

من النانوفايلات إلى اللفائف واسعة النطاق

باستخدام تقنية الغزل الكهربائي رول-تو-رول، أنتج الفريق أفلام "X" بمقاييس مترية تتألف من حصيرة رقيقة متشابكة عشوائياً من ألياف نايلون 66 النانوية موضوعة فوق ركيزة من رقائق الألمنيوم. قطر الألياف حوالي 100 نانومتر، صغير بما يكفي لدرجة أنها تكاد لا تشتت الضوء تحت الأحمر المتوسط؛ بدلاً من ذلك، تشكل اهتزازات جزيئات النايلون الطيف. تُظهر القياسات أنه عبر ضبط سمك النايلون، تعكس الأفلام بقوة في نطاقات التصوير الحراري الرئيسية، وتصدر بقوة في النوافذ غير الجوية التي تصرف الحرارة إلى الفضاء، وتمتص بكفاءة عند 10.6 ميكرومتر للتمويه الليزري. وبما أن الألياف مكدسة عشوائياً، يتغير الاستجابة تحت الحمراء قليلاً جداً عبر زوايا مشاهدة من −60° إلى 60°، وهي ميزة للمشاهدين والأهداف المتحركة.

اللون والراحة والتمويه

لجعل الأفلام عملية في المشاهد الحقيقية، أضاف الباحثون أصباغاً مرئية تتفاعل بالكاد مع الضوء تحت الأحمر المتوسط. عبر رش كميات صغيرة من أصباغ حديدية على الفيلم الأبيض، أنتجوا لوحة ألوان — أحمر، أصفر، أزرق، بدرجات البني والأخضر — مع الحفاظ على السلوك الانتقائي تحت الأحمر. أظهرت اختبارات المختبر والخارجية مع ألواح مسخنة أن جميع أفلام X خفضت درجتها الظاهرة في كاميرات الحرارة مقارنة بالأسطح العارية، ومع ذلك تبرد أكثر بمقدار 5–12 °C مقارنة برقائق الألمنيوم العادية عن طريق إشعاع الحرارة عبر النوافذ غير القابلة للكشف. جاء أفضل توازن بين التمويه والتبريد من طبقات نايلون سمكها 30–75 ميكرومتر. عند تركيبها على أقمشة قطنية وارتدائها بواسطة دمى مسخنة وموضوع بشري، طابقت أقمشة فيلم X الشجيرات في الصور المرئية، وامتصت في الخلفية في الصور الحرارية، وحافظت على "الجلد" الكامن أبرد من الأقمشة المطلية بالألمنيوم.

الصمود في الاستخدام الواقعي

للنشر الميداني، المتانة مهمة بقدر الأداء البصري. رقع الفريق الأفلام بغلاف رقيق من البولي إثيلين، الشفاف في تحت الأحمر المتوسط والذي لا يخل بالطيف المصمم. نجت هذه الأفلام المغلفة من برودة وحرارة قصوى، ومحاليل حمضية وقلوية، وغسل بالماء، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، ورياح قوية مع تغير كتلة أقل من 1٪ وتقريباً دون تغير في الانعكاس تحت الأحمر. أظهرت اختبارات الخدش والتآكل أن الأفلام المطلية يمكنها تحمل المناولة والاهتراء، مما يدعم ملاءمتها للملابس، وتغطية الأجهزة الإلكترونية، والخيام، ومعدات خارجية أخرى.

ماذا يعني هذا للمضي قدماً

بعبارات بسيطة، أنشأ المؤلفون صفحاً مرنة ومنخفضة التكلفة تتيح للحرارة الهروب عبر نطاقات تحت حمراء «آمنة» بينما تختبئ في النطاقات التي تستخدمها الكاميرات الحرارية والليزرات لاكتشاف الأهداف. ونظراً لأنها يمكن أن تطرح على مساحات واسعة، وتُلوّن لمطابقة محيطات مختلفة، وتُرى من زوايا متعددة دون فقدان تأثيرها، يشير هذا الفيلم للتبريد الإشعاعي إلى عائلة عملية جديدة من المواد للبقاء بارداً وغير مرئي في عالم يزداد حرارته ويعمّه المستشعرات.

الاستشهاد: Jiang, Y., Wang, B., An, Y. et al. Hierarchical design and scalable production of radiative cooling film featuring multispectral camouflage. Nat Commun 17, 2253 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69045-4

الكلمات المفتاحية: التبريد الإشعاعي, التمويه تحت الحمراء, التخفي الطيفي المتعدد, أفلام بوليمرية, إدارة الحرارة