עיצוב היררכי וייצור בקנה מידה גדול של סרט קירור רדיאטיבי עם הסוואה רב-ספקטרלית

להישאר קר תוך כדי היעלמות

בזמן שגלי חום נעשים שכיחים יותר וטכנולוגיות המעקב מתקדמות, גובר הצורך בחומרים שיכולים לשמור על אנשים וציוד קרים וגם לעזור להם להימנע מזיהוי. המחקר מדווח על סוג חדש של סרט דק מפלסטיק ומתכת שיכול לפלוט חום לחלל תוך הסוואת חתימותיו בתת‑אדום ובלייזר, ואפילו ניתן לצבועו כך שיישאר לא בולט בסביבות יומיומיות כמו קירות, חול או שיחים.

האתגר של חום והסוואה

גופים בחוץ, מאנשים ואוהלים עד מכשירים אלקטרוניים, עומדים מול שתי דרישות מנוגדות. לנוחות ולבטיחות, הם צריכים לשחרר חום עודף, במיוחד כאשר הטמפרטורות העולמיות עולות. ובאותו זמן, במצבים רבים נדרשת הסוואה מפני מצלמות תרמיות וגלאים מבוססי לייזר המחפשים חום או החזרי לייזר בתחומי תת‑האדום מסוימים. חומרים קונבנציונליים לקירור מקרינים בעוצמה באותן אורכי גל שצופות המצלמות התרמיות, מה שהופך יעדים לקלים לגילוי. מנגד, ציפויי התחמקות מסורתיים לעתים מלכדים חום, מה שמוביל להתחממות יתר או לצורך בצריכת אנרגיה נוספת לקירור.

סרט שנבנה מהמולקולות ואילך

החוקרים התמודדו עם הקונפליקט על‑ידי עיצוב חומר שבוחר בקפידה אילו אורכי גל בתת‑האדום הוא פולט ומי הוא משקף. הם סרקו קודם כל בלוקים אורגניים נפוצים כדי למצוא קבוצות כימיות פולימריות שרעידות הקשרים שלהן סופגות ופולטות בעיקר בחלונות תת‑אדום "לא‑גילוים", בעוד שהן שקטות בתחומי הגל שבהם נעשה שימוש רב לגילוי תרמי. זה הוביל אותם לפולימר מוכר: פוליאמיד 66, הידוע גם כניילון 66. כאשר עוברים עיבוד מתאים, ניילון 66 מציג פעילות תת‑אדום חזקה רק בטווחים שנבחרו בקפידה ויש לו תכונת ספיגה נוספת בקרבת אורך גל לייזר צבאי נפוץ של 10.6 מיקרומטר — אידיאלית להחלשת החזרי לייזר.

מניעים ננו‑סיבים לגלילים בקנה מידה גדול

באמצעות אלקטרו‑ספינינג גליל‑על‑גליל, הצוות ייצר "סרטי X" בקנה מידה מטרי המורכבים משטיח דק מאוד של ננו‑סיבים מניילון 66 סבוכים באופן אקראי המונח על גבי משטח רדיד אלומיניום. קוטרו של הננו‑סיב הוא כ־100 ננומטר, קטן מספיק כך שהוא כמעט ולא מפזר אור בתת‑האדום הבינוני; במקום זאת רעידות המולקולות של הניילון מעצבות את הספקטרום. מדידות מראות כי על‑ידי כיוונון עובי הניילון, הסרטים משקפים בחוזקה בתחומי הדמיית התרמי העיקריים, פולטים בעוצמה בחלונות שאינם אטמוספריים שמפנים חום לחלל, וסופגים באופן יעיל ב־10.6 מיקרומטר להסוואת לייזר. מאחר שהסיבים מונחים בערימה אקראית, התגובה בתת‑האדום משתנה במעט מזוויות צפייה של −60° עד 60°, יתרון עבור צופים ונעים.

צבע, נוחות והסוואה

כדי להפוך את הסרטים למעשיים בנופים אמיתיים, המחברים הוסיפו פיגמנטים נראים שעושים אינטראקציה מזערית עם אור בתת‑האדום הבינוני. באמצעות תרסיס כמויות קטנות של פיגמנטים מבוססי ברזל על הסרט הלבן ייצרו פלטת צבעים — אדום, צהוב, כחול, חומים וירוקים — תוך שמירה על ההתנהגות הסלקטיבית בתת‑האדום. ניסויים במעבדה ובחוץ עם פלטות מחוממות הראו שכל סרטי X הורידו את הטמפרטורה הנתפסת שלהם במצלמות תרמיות בהשוואה למשטחים חשופים, ועדיין קיררו ב־5–12 °C יותר מאשר רדיד אלומיניום פשוט על‑ידי פליטת חום דרך חלונות לא‑גילוים. האיזון הטוב ביותר בין הסוואה וקירור נמצא בשכבות ניילון בעובי 30–75 מיקרומטר. כשהותקנו על בגדי כותנה ונלבשו על דוגמניות מחוממות ואדם חי, בדים מסרטי X התאימו בו‑זמנית לשיחים בתמונות הנראות, נטמעו ברקע בתמונות תרמיות ושמרו על "עור" תת‑משי מקורר יותר מאשר בדים מצופים אלומיניום.

עמידות לשימוש בשטח

להיתכנות פריסת שטח, העמידות חשובה לא פחות מהביצועים האופטיים. הצוות למינר את הסרטים בכיסוי דק מפוליאתילן, השקוף בתת‑האדום הבינוני ואינו מפריע לספקטרום המותאם. סרטים ממוגנים אלה שרדו קור וחום קיצוניים, תמיסות חומציות ובסיסיות, שטיפה במים, חשיפת UV ורוחות חזקות עם פחות מ־1% שינוי מסה וכמעט ללא שינוי בהחזרות בתת‑האדום. מבחני שריטה ושחיקה הראו באופן דומה כי הסרטים המצופים יכולים לעמוד בטיפול ולבלאי, ותומכים בהתאמתם לביגוד, כיסויים לאלקטרוניקה, אוהלים וציוד חיצוני אחר.

מה זה אומר לעתיד

במילים פשוטות, המחברים יצרו גיליון גמיש וזול שמאפשר לחום לברוח בחלונות תת‑האדום "בטוחים" תוך הסתרה בתחומים שבהם מצלמות תרמיות ולייזרים משתמשים כדי לאתר מטרות. מכיוון שניתן לפרוסו על שטחים נרחבים, לצבועו כך שיתאים לסביבות שונות, ולהתבונן בו מזוויות רבות מבלי לאבד את האפקט, סרט הקירור הרדיאטיבי הזה מצביע על משפחה חדשה ומעשית של חומרים לשמירה על קור והיעלמות בעולם שמתחמם ומלא חיישנים.

ציטוט: 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

מילות מפתח: קירור רדיאטיבי, הסוואה בתת-אדום, התחמקות רב-ספקטרלית, סרטי פולימר, ניהול תרמי