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跟着可见光与红外热成像勘探技能的加快速度进行开展，军事装备和设备面对的勘探要挟日益严峻。有用的可见光 - 红外兼容假装技能成为提高军事方针生存才能的要害，其间心是经过模仿环境信号下降被勘探概率：在可见光波段需调理方针外表颜色以融入周围环境，在红外波段则需使方针辐射温度与环境匹配，特别需适配中波红外（ MWIR ， 3-5 μm ）和长波红外（ LWIR ， 8-14 μm ）等大气透射窗口。现有假装技能存在十分显着局限性，其一是温度适应性缺乏 ，传统热假装仅适用于静态环境（方针温度固定且高于环境），无法应对方针温度动态改变（如 30–70 °C ）的场景；其二是多光谱兼容性差 ，可见光假装依靠薄膜干与调色（如仿生结构），而红外假装需低发射率资料（如金属 / 介质多层膜），二者难以协同；其三是调控机制杂乱 ，电控热发射（如石墨烯）需外部供能；相变资料（如 GST 、 VO2 ）一般需杂乱超构外表规划，本钱高且难以规模化制备。因而，开发无需外部能量输入、能在宽温域（ 30-70 ℃ ）完成自适应热辐射调理，且兼容可见光上色的假装技能，成为亟待解决的中心问题。
本文研讨提出一种根据 WxV1-xO2 相变资料的准光学纳米腔结构 — 自适应热辐射调制器（ ATRM ），完成了宽温域可见光 - 红外兼容假装。
本文研讨首要进行了结构规划与制备，ATRM结构由底层到顶层依次为，W层（~100 nm）、Ge间隔层（~300 nm）、WxV1-xO2相变层（~100 nm）及Ta2O5上色/维护层（厚度可调，40-140 nm），全体结构示意图如图1(a)所示。其间各层功能为，W层使用高等离子体频率（~13.2 eV）完成低红外发射率；Ge间隔层经过破坏性干与完成5-8 μm非勘探波段的选择性吸收；WxV1-xO2层根据温度诱导的单斜相-四方相相变（相变温度～303 K），动态调理非勘探波段辐射特性；Ta2O5层作为可见光波段波阻抗匹配层，经过薄膜干与完成上色，一起维护WxV1-xO2层免受氧化。其制备办法为选用高真空多靶磁控溅射体系制备，W层经过直流溅射堆积，Ge和Ta2O5层经过射频溅射堆积；WxV1-xO2层（V:W=98.5:1.5at.%）经过射频反响磁控溅射（Ar:O₂=9:1）制备，后经450 ℃线分钟以优化结晶度；腔体线 Torr，保证薄膜纯度。
图1.根据相变资料的纳米腔结构完成可见光和宽温域红外假装的概念图；(a) 根据WxV1-xO2的自适应热辐射调制器（ATRM）在低温（LT）和高温（HT）下完成可见光和红外假装的示意图；(b) 灌木叶片与ATRM在低温文高温状态下的反射光谱及热辐射；(c) 所制备ATRM的可见光图画；(d) 所制备ATRM的热成像图。
然后本文研讨又进行了资料与结构表征。先是微观结构，经过扫描电子显微镜（SEM）横截面图画（图2(a)所示）显现，WxV1-xO2/Ge/W纳米腔各层界面明晰，厚度与规划共同；经过X射线衍射（XRD）图谱（图2(b)所示）证明各层结晶性杰出，W层呈柱状晶成长，Ge和WxV1-xO2层均呈现特征衍射峰。后是光学常数表征，经过椭圆偏振仪与傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测验显现，WxV1-xO2在低温（20 ℃，单斜相）时呈弱金属性，高温（70 ℃，四方相）时因绝缘体-金属相变，等离子体频率升至1 eV，红外透射特性明显改变。
其次本文研讨剖析了动态热辐射调制机制，WxV1-xO2的相变特性驱动纳米腔在5-8 μm非勘探波段完成辐射“开关”。低温20 ℃时，WₓV₁₋ₓO₂为单斜相，弱金属性答应红外波部分穿透并在纳米腔内共振（图2(d)所示），结合W层的欧姆损耗与WxV1-xO2的本征吸收（图2(e)所示），使5-8 μm波段发射率高达～0.83（图2(c)所示），利于散热；高温70 ℃时，WxV1-xO2相变为金属态，阻断红外波进入纳米腔（图2(g)所示），共振消失导致发射率降至～0.29（图2(c)所示），削减辐射丢失。经过波阻抗剖析（图2(f)和(i)所示）进一步证明，低温时5-8 μm波段波阻抗与空气匹配（近零差异），辐射才能强；高温时阻抗明显违背空气，辐射被按捺。
图2. 动态热辐射调制；(a) 根据WxV1-xO2的纳米腔涂层的横截面微观结构；(b) 堆积在玻璃衬底上的WxV1-xO2/Ge/W纳米腔的 X 射线衍射图谱；(c) WxV1-xO2/Ge/W纳米腔涂层在低温（20 °C）和高温（70 °C）下的红外光谱；(d-i) 分别为WxV1-xO2/Ge/W纳米腔在低温(d-f)和高温(g-i)下的电磁波功率流、功率损耗及相对波阻抗。波阻抗（z）是电场与磁场的比值。
再次本文研讨又进行了可见光兼容显色规划经过调控Ta2O5层厚度完成可见光波段干与上色，适配不同环境。其颜色调控规则为Ta2O5厚度从40 nm增至140 nm时，可见光反射峰红移（图3(c)所示），外表颜色从绿色、黄色变为棕色（图3(d)所示），可模仿不同成长阶段的树叶外观。经过CIE色坐标显现（图3(e)所示），Ta2O5光学厚度从60 nm增至300 nm时，颜色从黄色循环至赤色、蓝色、绿色，契合薄膜干与的constructive interference条件（δ=mλ，m为整数，图3(f)所示）。其实用性优势为退火处理使ATRM外表粗糙，下降视点依靠的镜面反射；疏水特性（接触角～116°）赋予自清洁才能，保持长时间功能安稳。
图3.动态热假装涂层的可见光上色功能；(a) 五颜六色图画化自适应热辐射调制器（ATRM）的横截面扫描电子显微镜图画；(b) 五颜六色图画化ATRM在20 °C（低温）和70 °C（高温）下的反射光谱；(c) 不同顶层Ta2O5层厚度的ATRM在可见光范围内的反射光谱，以及(d)其光学相片；(e) 样品在CIE颜色空间中的色坐标；(f) 干与波长与Ta2O5薄膜厚度的函数联系；相长干与条件由δ=mλ给出，其间m为整数。
本文研讨最终进行了宽温域假装功能验证。其间红外辐射安稳性，经过温度依靠反射光谱（图4(a)所示）显现，30-70 ℃范围内，ATRM在8-14 μm勘探波段的辐射功率缓慢增加（仅～50W/m-2），发射率从0.4降至0.3，远优于传统资料的温度灵敏特性；经过热成像比照（图4(c)所示）显现，与Si、SiO2、Al2O3、不锈钢（SS）比较，ATRM的辐射温度随实践气温改变最小，70 ℃时辐射温度比实践温度低～35 ℃（图4(d)所示）。其间环境兼容性，辐射温度比照度在30-70 ℃范围内均7%（5 ℃误差，图5(b)所示），明显优于低发射率金属（如SS）；而且与现存技能比照（图5(c)和(d)所示），ATRM在低温（LT）和高温（HT）下的品质因数（FOM）均处于领先水平，且在非勘探波段散热才能（40 W/m-2）杰出。当环境参阅样本（SiO2、Al2O3等）温度固定为～32 ℃，ATRM 温度从30 ℃升至70 ℃时，其辐射温度从始至终保持在～30 ℃，与环境差异可疏忽（图5(a)所示），完成动态场景下的有用假装。
图4.温度自适应热辐射及红外假装功能；(a) 自适应热辐射调制器（ATRM）的温度依靠性反射光谱；(b) 假装辐射体在对应温度下8-14 μm波段内的辐射功率和热发射率；(c) 假装辐射体与四种参阅样品（硅、二氧化硅、三氧化二铝和不锈钢）在不同加热温度下的热成像图；(d) ATRM 与参阅样品在8-14 μm波段内的辐射温度随加热温度的改变联系。
图5.宽温域热假装辐射体的归纳功能展现；(a) 宽温域假装功能演示；参阅样品的温度固定在室温（≈32 °C），而假装辐射体的温度从30 °C改变至70 °C；(b) 自适应热辐射调制器（ATRM）与不锈钢（SS）的辐射温度比照度，界说为Tobj-Tenv/Tobj+Tenv，其间Tobj和Tenv分别为方针和环境的辐射温度；(c,d)本研讨与其他假装规划在低温文高温下的归纳功能比照。
综上所述，本文开发的WxV1-xO2基纳米腔结构（ATRM）完成了多项打破。首要是自适应热假装，30-70 ℃范围内，8-14 μm勘探波段辐射安稳（~100 W/m-2），与环境辐射比照度7%；5-8 μm非勘探波段发射率可从0.83切换至0.29，统筹散热与节能。其次是可见光兼容性，经过Ta2O5厚度调控完成多色外观，适配多样环境，且具有自清洁特性。最终是实用化优势，无需外部能量输入，结构比较照较简单易量产，本钱低于光子晶体与超外表规划。该研讨为宽温域自适应光-热调控供给了新思路，推动了相变资料在多波段兼容假装中的实用化进程。
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