近年来，可穿戴红外热伪装材料已成为现代军事等领域的重大需求。但如何平衡可穿戴性和红外热伪装性能，仍然是目前该领域的难点和痛点。与此同时，红外热伪装功能面通常选用极低发射率的材料，导致部分情况下出现类镜面反射大气信号产生过冷点信号。而且多数复合材料缺乏热管理层，导致材料表面温度一致性差，形成过热点信号。

太原理工大学贾潞和中国科学院大学杨金雷副教授团队在可穿戴红外热伪装材料领域取得重要研究进展。该团队创新性提出了采用天然皮革作为基材，在电场作用下将低红外发射率材料MXene堆积于皮革的天然多层级孔隙中构建低红外发射层，得到具有优异红外热伪装性能的AC+DC-M/L复合材料。研究成果以“Electro-Modulation of MXene within the Natural Porous Structure of Leather for Wearable Infrared Thermal Camouflage”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

天然皮革的梯度孔径结构及AC+DC-M/L的制备和应用

天然皮革由致密的粒面层和疏松多孔的肉面层构成，为MXene的定向组装提供了天然模板。研究团队先利用交流电场使MXene片层在胶原纤维间充分分散并趋于平行取向，再通过直流电场驱动其向粒面层迁移并在其下方自限域堆积，形成兼具低红外发射、隔热和保护作用的复合结构。该材料能够贴合手臂、膝部和手掌等部位，并保持良好柔性，显示出用于可穿戴红外热伪装的潜力。

不同制备阶段的热伪装性能和可穿戴舒适性

AC+DC-M/L在大气窗口内的中红外发射率约为0.42；若将直流阶段电极反接、让MXene堆积到肉面，发射率升至0.72，若磨去表层粒面使MXene直接暴露，则降至0.30。可见低发射率来自MXene层所处的位置，而粒面层提供的补偿发射，正是过冷点得以消除的原因。材料较低的中红外发射率和导热系数共同抑制了热辐射与热传导，并保留天然皮革约50%的透气率和透湿率，表明其能够兼顾红外热伪装性能与穿着舒适性。

不同制备阶段的微观结构演变

MXene分散后但未经电场调控时，MXene主要以分散片层附着在胶原纤维表面。经过交流+直流电场协同调控后，SEM与Ti元素分布结果显示，MXene逐渐向粒面层迁移，并在其下方形成连续致密的富集层。XRD、WAXS和孔径分析进一步表明，电场改变了MXene的取向与堆积状态，同时基本保留了肉面层用于隔热的大孔结构，为材料兼具低红外发射率与低热导率提供了微观依据。

电场调控机理及仿真

针对不同制备阶段的皮纤维与MXene片的微观结构表现，研究团队提出了MXene片在电场中的受阻运动模型并仿真验证验证变化趋势。即MXene片层受交流电场调控在皮革中振荡分散和统一取向，受直流电场调控在皮革粒面层下方堆积形成低红外发射层。

各层作用及实际温控效果

位于粒面层下方的MXene层能够反射中红外辐射，降低材料的红外发射；粒面层则通过补偿发射，避免发射率过低而产生异常“冷点”；多孔肉面层通过增强声子散射抑制热传导，防止身体热量传至表面形成“热点”。去除不同结构层后的对照实验以及不同热负荷下的温度测试表明，只有三层协同作用，材料表面才能保持接近环境温度且分布均匀。

耐用性与综合性能评价

经150天自然老化后，材料仍保持约75%的红外热伪装性能，XPS显示MXene的Ti-C骨架完好；经5次水洗-干燥循环、300次摩擦与折叠后性能稳定；在60°至15°的各个视角、连续加热70 min、乃至-5 ℃的低温环境下红外热伪装性能均保持有效。该工作不仅提供了一种兼顾红外热伪装性能与穿着舒适性的可穿戴基材，同时这种基于天然多孔模板的“结构工程”策略，有望推广至其他功能性纳米材料的可控组装中。

（来源：易丝帮）