具备多光谱伪装的辐射冷却薄膜的分层设计与可扩展生产

既保持凉爽又隐蔽

随着热浪日益频繁和监测技术愈发先进，越来越需要既能为人和设备降温又能帮助它们躲避探测的材料。本研究报道了一种新型薄的塑料-金属复合薄膜，能将热量辐射到太空，同时伪装其红外和激光特征，甚至可以着色以融入墙壁、沙地或灌木等日常环境。

散热与隐蔽的双重挑战

户外物体，从人和帐篷到电子设备，都面临两项相互冲突的需求。为舒适与安全，它们应释放多余热量，尤其是在全球气温上升的背景下。与此同时，许多场景需要对热成像摄像机和基于激光的探测器进行伪装，这些设备在特定红外波段搜索热源或激光反射。传统的冷却材料在热成像器关注的波长上会表现得很明亮，使目标容易被发现。相反，传统的隐身涂层常常困住热量，导致过热或需要额外能耗来冷却。

从分子层面构建的薄膜

研究人员通过设计一种对发射和反射的红外波长有选择性的材料来应对这一冲突。他们首先筛选常见的有机构件，寻找那些键振动主要在“非探测”红外窗口吸收和发射、同时在热成像常用波段保持沉默的高分子化学基团。这使他们找到了一种熟悉的聚合物：聚酰胺66，也称为尼龙66。经过适当工艺处理的尼龙66只在精心选择的范围内表现出强烈的红外活动，并且在靠近常见军用激光波长10.6微米处具有附加吸收特性，适合削弱激光回波。

由纳米纤维到大尺度卷材

研究团队使用卷对卷静电纺丝工艺，制备出米级的“X薄膜”，其由非常薄、随机缠绕的尼龙66纳米纤维毡铺设在铝箔基底上。纳米纤维直径约100纳米，小到几乎不散射中红外光；相反，尼龙的分子振动决定了光谱特性。测量显示，通过调节尼龙厚度，薄膜在主要热成像波段强烈反射、在将热量排向太空的非大气吸收窗口强烈发射，并在10.6微米处有效吸收以实现激光伪装。由于纤维随机堆叠，从−60°到60°的视角红外响应变化很小，这对移动的观察者与目标是一项优势。

颜色、舒适与伪装

为了使薄膜在真实地景中实用，作者加入了几乎不与中红外相互作用的可见光颜料。通过在白色薄膜上喷涂微量的铁基颜料，他们获得了一系列颜色——红、黄、蓝、棕与绿——同时保留了选择性的红外行为。对加热板的实验室与户外测试表明，所有X薄膜在热像仪上都降低了其表观温度，相较裸露表面，同时通过非探测窗口辐射热量，比普通铝箔额外降低了5–12 °C。尼龙层厚度在30–75微米之间时，伪装与冷却之间达到了最佳平衡。当安装在棉质服装上并由加热的人体模型及一名真人穿着时，X薄膜织物在可见光图像中与灌木相匹配，在热成像中融入背景，并使下方“皮肤”比镀铝织物更凉爽。

经受现实使用的考验

用于现场部署时，耐久性与光学性能同等重要。团队为薄膜覆盖了一层薄聚乙烯保护层，该材料在中红外透明且不会扰动定制的光谱。这些封装薄膜在极端寒冷与高温、酸碱溶液冲洗、用水冲洗、紫外照射和强风中质量变化不足1%，红外反射几乎无漂移。划痕与磨损测试同样表明，涂层薄膜能够承受搬运与磨耗，支持其用于服装、电子设备罩、帐篷及其他户外装备的适用性。

向前的意义

简而言之，作者们创造了一种柔性、低成本的薄片，允许热量在“安全”的红外波段逸散，同时在热成像与激光使用的波段中实现隐蔽。由于它可以卷展成大面积、着色以匹配不同环境，并在多角度观察下保持效果，这种辐射冷却薄膜指向了一类实用的新材料，使人们在变暖且传感器密布的世界中既能保持凉爽又能保持隐蔽。

引用: 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

关键词: 辐射冷却, 红外伪装, 多光谱隐身, 高分子薄膜, 热管理