南京航空航天大学 Nat. Commun. |集自清洁与辐射制冷于一体的智能热隐身衣

热隐身技术在军事伪装与工业热管理中至关重要，但传统低发射率涂层面临隐身与散热冲突的难题。以微纳结构为主的选择性发射器可实现非探测波段降温，但极易受尘埃污染，大规模、高精度制造工艺仍不成熟。本文利用飞秒激光直写技术，开发出一种具有分级结构（Co-A）的自清洁热隐身衣。该材料在微柱阵列顶部集成了亚波长天线，实现了5-8 μm 非大气窗口强辐射散热，使表观红外温度相比传统涂层降低77°C。凭借其大于140°的接触角，材料展现出卓越的自清洁能力，仅通过液滴滚动即可清除表面污染物并完全恢复隐身性能。

一、“分级架构设计协同自清洁与光谱调控”

传统超疏水表面通常需要多孔或粗糙结构来实现自清洁，但这往往会引起红外辐射的随机散射与衍射，破坏热隐身的精度。研究人员通过跨尺度设计，将微观的光学调控与宏观的物理防护集成于一体。底层结构采用了深离子刻蚀技术制备的规整微柱阵列，其侧壁极其光滑，有效避免了无序辐射衍射对隐身性能的干扰，同时利用微柱间的间隙捕获空气，形成了稳定的支撑，使表面达到超疏水状态。在微柱顶端，厚度约150 nm 的亚波长天线阵列通过局域表面等离激元共振效应，精确控制热量的定向排放，实现了物理上的自清洁防护与光学上的选择性散热兼容。

二、“飞秒直写工艺实现精确裁剪”

制造亚微米级天线通常依赖电子束曝光，但其效率极低且成本高昂，难以实现大面积制备，且在非平面基底上加工困难。针对多层纳米薄膜（Pt/ZrO₂/Pt）在复杂表面加工难的痛点，团队提出新的制造方案：将飞秒激光的光斑重叠率优化至0.7并配合0.9 nJ 的临界单脉冲能量，实现了对100 nm 厚顶层Pt膜的精确裁剪，且不会对下方的 ZrO₂介质层造成热损伤。这种高精度的加工模式结合焦点实时跟踪系统，使隐身衣不仅能在平面基底上呈现，同时具备在不规则弯曲表面构筑亚微米天线阵列的潜力。

三、“全天候性能验证：卓越降温与环境稳健性”

传统热隐身结构一旦表面附着灰尘或污染物，其发射率会迅速升高，导致隐身功能彻底失效。该隐身衣通过天线激发的强辐射效应，使其在 5-8 μm 波段拥有接近 0.9 的超高发射率，在4 W/cm²加热条件下表观红外温度比传统Cr涂层降低了77°C 。在抗污染测试中，面对高发射率粉尘，Co-A隐身衣凭借优异的自清洁能力实现了功能的恢复。此外，该材料在经历340 km/h高速热流冲刷、紫外照射及长达25小时的热循环后，依然保持了功能完好，为热隐身衣从实验室走向真实严苛环境提供了关键支撑 。

热隐身衣通过巧妙的分级设计，在不改变化学功能的前提下实现了散热性能的数量级提升，解决了微纳器件易受污染而失效的共性难题 。其低能量飞秒激光加工方案配合多光束并行技术，具有在飞机蒙皮、大型电子舱室等大面积曲面上的应用前景。然而，若要走向全面商业化，仍需进一步验证材料在复杂腐蚀性气体环境下的长期服役寿命，并探索更具性价比的大规模薄膜沉积工艺。