一维光子晶体多层膜实现红外与可见光双隐身 —— 新型低可探测性材料取得突破

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一维光子晶体多层膜实现红外与可见光双隐身 —— 新型低可探测性材料取得突破(DOI: 10.1016/j.optmat.2019.03.033)

导语：
在现代隐身技术中，如何同时降低目标在红外（IR）与可见光波段的可探测性，是装备伪装与多频谱兼容隐身的重大挑战。传统材料往往难以兼顾热辐射抑制与视觉伪装。近日，来自国防科技大学的研究团队在《Optical Materials》发表研究成果，提出并制备了一种基于一维光子晶体（1-D PC）的多层薄膜结构，成功实现3–5 μm 与 8–14 μm 双红外大气窗口的高反射，同时其表面颜色可与绿色植物自然融合，展现出优异的红外-可见光双隐身性能。

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一、设计原理：光子带隙 + 光学干涉“双剑合璧”
该研究巧妙结合光子晶体带隙调控与薄膜干涉显色两大光学原理：

• 红外隐身：利用一维光子晶体在特定波段形成光子带隙（PBG），实现高反射，从而降低表面发射率（依据基尔霍夫定律：高反射 ⇔ 低吸收 ⇔ 低发射）。通过构建由锗（Ge）与硒化锌（ZnSe）交替组成的多层膜结构，在 3–5 μm 与 8–14 μm 两个红外大气窗口分别达到 92.1% 与 84.2% 的平均反射率，有效抑制热辐射。
• 可见光伪装：在多层膜表面额外沉积一层 ZnSe 薄膜，利用光学干涉效应调控可见光反射谱，使其颜色接近自然绿色植物。通过调节膜层厚度，可精确控制显色坐标（CIE 1931 色度图），实现与植被背景的高度一致。
  

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二、结构制备：异质堆叠 + 精密镀膜
研究团队采用电子束蒸发镀膜技术，在柔性织物基底上依次沉积 Ge 与 ZnSe 层，构建出异质结构的一维光子晶体。通过扫描电子显微镜（SEM）观察，膜层结构致密、界面清晰，具备良好的机械稳定性与光学质量。
通过调节膜层厚度与周期数，在保持高反射性能的同时控制总厚度，兼顾了制备难度与隐身性能。最终样品在 3–5 μm 与 8–14 μm 波段均表现出显著的高反射特性，且具备良好的角度适应性（0°–60° 入射角范围内反射率变化较小）。

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三、性能验证：红外“降温” + 视觉“隐身”1. 红外隐身效果实测
利用红外热像仪分别在 3–5 μm 与 8–14 μm 波段对样品进行成像测试。结果显示：

• 当底层加热板温度设定为 80°C 时，覆盖光子晶体薄膜的区域在红外图像中显示的温度仅为 33.2°C（3–5 μm） 与 53.6°C（8–14 μm），远低于**织物区域的 74.2°C 与 76.4°C；
• 表明该薄膜可显著降低目标在红外探测器中的“辐射温度”，实现有效热隐身。
  

2. 可见光伪装效果评估
通过 CIE 1931 色度图分析，该薄膜的色度坐标为 (0.349, 0.407)，与三种真实绿色植物样本的坐标非常接近，位于绿**域的“自然聚簇”内。人眼难以将其与植被背景区分，具备良好的视觉伪装能力。
此外，研究还发现，随着观察角度变化（0°–60°），薄膜颜色变化较小，表现出良好的角度稳定性，适用于复杂观察条件下的隐身需求。

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四、应用前景：多频谱隐身的新范式
该研究成功展示了一种结构简洁、性能优异、制备可控的红外-可见光双隐身材料方案。相比传统依赖吸收或散射机制的隐身涂层，该光子晶体薄膜具备以下优势：

• 波段选择性强：精准抑制红外大气窗口辐射；
• 颜色可调：通过干涉层厚度调控实现多色伪装；
• 角度适应性好：适用于多角度观测场景；
• 基底兼容性强：可沉积于柔性织物，适用于服装、帐篷、车辆蒙皮等。
  

未来，该材料有望进一步拓展至雷达-红外-可见光三频兼容隐身，并通过引入可调谐材料（如相变材料、液晶等），实现动态可控隐身，为下一代智能伪装系统提供核心材料支撑。

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五、结语：光学结构赋能隐身科技
这项研究不仅展示了光子晶体在隐身领域的巨大潜力，也为多频谱兼容材料的设计提供了新思路。通过光学结构的精准设计，我们可以在不依赖传统吸波材料的前提下，实现对光与热的高效调控。随着微纳加工技术的进步，这类“结构即功能”的隐身材料将在国防、航天、野外作战等领域展现出广阔的应用前景。