開發(fā)先進(jìn)的隱身裝置以應(yīng)對雷達(dá)-紅外 (IR) 融合探測和多樣化應(yīng)用場景的需求日益增加，但由于微波和紅外隱身機(jī)制沖突以及功能集成限制，這面臨著重大挑戰(zhàn)。在這里，我們提出了一種多尺度分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，集成了皺紋 MXene 紅外屏蔽層和柔性 Fe3O4@C/PDMS 微波吸收層。頂部皺紋 MXene 層引起強(qiáng)烈的漫反射效應(yīng)，屏蔽紅外輻射信號同時允許微波通過。同時，可滲透的微波通過強(qiáng)磁電協(xié)同作用被吸收到底部 Fe3O4@C/PDMS 層中。通過理論和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，組裝的隱身裝置在 X 波段（8 12 GHz）和長波紅外（8 14 µm）波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了近乎完美的隱身能力。具體來說，它實(shí)現(xiàn)了 20 dB m2 的雷達(dá)截面減小、較大的表觀溫度調(diào)制范圍（”T = 70 °C）和 0.35 的低平均紅外發(fā)射率。此外，最佳設(shè)備還表現(xiàn)出卓越的曲面貼合性、自清潔能力（接觸角 H 129°）和耐磨性（恢復(fù)時間 H 5 s）。這種設(shè)計策略促進(jìn)了多光譜隱身技術(shù)的發(fā)展，并增強(qiáng)了其在復(fù)雜和惡劣環(huán)境中的適用性和耐用性。
圖 1. 多尺度分層褶皺 MCF 的設(shè)計概念及其雷達(dá)紅外兼容隱身應(yīng)用。
圖 2. 褶皺 MCF 的形態(tài)特征。a MCF 的橫截面 SEM 圖像和數(shù)碼照片。b Fe3O4@C/PDMS 的典型 SEM 和 TEM 圖像。c 橢圓形（0.6 M）Fe3O4@C 的 HAADF-STEM 和元素映射圖像。d 立方體（0.0 M）、e 橢圓形（0.6 M）和 f 花生形（1.2 M）Fe3O4@C 的逆快速傅里葉變換、典型 TEM 圖像和 (GPA) 圖案。g 褶皺 MXene 的典型 SEM 和 EDS 圖像。h、i 褶皺 MXene 層的橫截面 SEM 圖像。
圖3. Fe3O4@C/PDMS的兼容隱身性能。a c Fe3O4@C（0.0、0.6和1.2 M）的2D阻抗匹配色圖。d f Fe3O4@C（0.0、0.6和1.2 M）的典型2D曲線。g i S1、S2和S3的3D阻抗匹配色圖。j 由10 GHz下的CST得出的不同厚度的S1的電磁功率損耗密度圖。k 不同加熱時間（0、10、20和30分鐘）下S1 S3的熱紅外圖像。l 30分鐘內(nèi)S1 S3的表觀溫度曲線。
圖 4. 褶皺MCF的雷達(dá)隱身性能。a S1 S6的RL-f統(tǒng)計曲線。b S1-S6的最佳EAB柱狀統(tǒng)計數(shù)據(jù)。c S1和S4的復(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。d S1和S4的介電損耗角正切、渦流曲線、薄膜磁性顯示和Cole Cole圖。e CST模擬示意圖。f RCSmax統(tǒng)計圖。g PEC、S4、S5和S6的RCS模擬曲線。h k PEC、S4、S5和S6的3D雷達(dá)波散射信號。
圖 5. 褶皺 MCF 的紅外隱身性能。a 不同觀察角度下熱紅外圖像測量裝置示意圖。b 光滑（左）和褶皺（右）MXene MCF 的熱紅外圖像。c 光滑（左）和褶皺（右）MXene MCF 的表觀溫度曲線。d 室溫下褶皺 MXene MCF（左）和 Fe3O4@C/PDMS 薄膜（右）的數(shù)字和熱紅外圖像。e 60 秒內(nèi) S4 S6 的表觀溫度曲線。f 不同加熱時間（0、10、20 和 30 分鐘）下 S4-S6 的熱紅外圖像。g 0 30 分鐘內(nèi) S4-S6 的表觀溫度統(tǒng)計。h 褶皺和光滑 MCF 的 8 和 14 ¼m 電場分布。i S1-S6 的紅外發(fā)射率曲線。 j 8 14 µm 范圍內(nèi) S1-S6 紅外發(fā)射率柱狀統(tǒng)計。
圖 6. 隱身機(jī)制和多功能性。a 雷達(dá)紅外兼容隱身性能對比統(tǒng)計圖。b 雷達(dá)紅外兼容隱身機(jī)制。c 褶皺 MCF 在水中的接觸角和數(shù)字圖像示意圖。d 褶皺 MCF 的柔韌性和耐磨性。
相關(guān)科研成果由南京航空航天大學(xué)Guangbin Ji，南京大學(xué)Yi Yang，Baoshan Zhang等人于2024年發(fā)表在Nano-Micro Letters（https://doi.org/10.1007/s40820-024-01549-4）上。原文：Magneto-Dielectric Synergy and Multiscale Hierarchical Structure Design Enable Flexible Multipurpose Microwave Absorption and Infrared Stealth Compatibility
原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01549-4
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
