一种可见光-红外波段超快伪装器件及其制备方法和应用

本发明涉及多波段伪装，具体涉及一种可见光-红外波段超快伪装器件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、伪装是在自然界中的一种常见现象，在人类发展过程中，早就发现并利用伪装，尤其是在军事领域，伪装有着不可替代的重要作用。随着可见光及红外波段成像技术的高速发展，由于其高分辨、低成本、便携、容易集成等优点已经越来越多的在军事、生活中使用，起到了侦察、识别、观测等作用。因此，其各自波段的伪装技术以及融合伪装技术在过去的几十年时间也受到了广泛关注。

2、应对其伪装技术主要归类为静态伪装和动态伪装。可见光波段的静态伪装主要通过迷彩色及与周围颜色相匹配实现，红外波段的静态伪装方式主要分为在高温物体表面覆盖低发射率材料、隔热材料以及设计结构化表面等。然而，尽管很多研究实现了在一定条件下的红外伪装效果，但静态伪装往往只在特定环境下适用，难以适应更复杂的环境。可见光波段的动态伪装主要有电致变色、热致变色、机械致变色等方式实现主动的颜色切换。红外波段的动态伪装主要通过主动发射率调整、主动反射率调整以及主动热管理等方式。然而，通过发射率或者反射率调整的方式实现伪装容易受到环境中高温物体的影响，而主动热管理的方式更加直接，是通过直接对物体表面或者对自身的温度进行主动控制，更不容易受到环境影响，比如通过微流体控温、热电控温、焦耳热效应等，然而这种伪装方式需要对物体本身进行温度调节，因此升温和降温过程的时间主要由伪装器件本身质量、热容、加热/冷却功率决定，往往出现伪装速度较慢的问题。通过对电压进行编程控制可以大大降低其温度平衡时间，然而这种方式极易出现超调现象，而且降温时间除了基于热电效应的伪装器件，降温过程大多只能通过被动散热的方式，完全恢复到环境温度时间普遍比较长，使得伪装效果差。因此，如何实现超快伪装，以应对现在高分辨率、高速探测手段是十分重要和迫切的。

技术实现思路

1、本发明针对现有热伪装器件的温差变化速率及伪装过程较慢的问题，提供一种结合电卡效应、焦耳热、以及热致变色效应实现可见光-红外波段超快伪装器件的结构设计及制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种可见光-红外波段超快伪装器件，其包括沿厚度方向依次叠合的热致变色层、电卡效应层、绝缘隔离层和焦耳加热层，其中：

3、所述焦耳加热层，用于提供精准稳定的焦耳热；

4、所述绝缘隔离层，用于对所述焦耳加热层与所述电卡效应层绝缘隔离；

5、所述电卡效应层，其包括聚合物电卡薄膜以及贴附连接于两侧的电卡电极，所述电卡效应层用于在所述焦耳加热层提供/撤焦耳热的同时，通过所述电卡电极对所述聚合物电卡薄膜施加/撤去电场以产生电卡效应，使传递到所述热致变色层的温度信号呈现方波信号；

6、所述热致变色层，用于在温度变化下实现颜色瞬间切换，其变色温度点位于所述电卡效应层在产生电卡效应时所对应的温度信号的区间内。

7、作为本发明的进一步优选技术方案，所述热致变色层、电卡效应层、绝缘隔离层和焦耳加热层均为柔性材质。

8、作为本发明的进一步优选技术方案，所述焦耳加热层包括薄层电极，所述薄层电极为碳纳米管网络电极、银纳米线网络电极、pedot:pss电极、石墨电极或石墨烯电极；所述薄层电极的两侧通过银胶黏附有两条铜线或者通过真空蒸镀或磁控溅射形成有两条宽度0.1-2mm的引线电极。

9、作为本发明的进一步优选技术方案，所述绝缘隔离层的材料为聚4-甲基戊烯、水性聚乙烯醇或聚苯乙烯。

10、作为本发明的进一步优选技术方案，所述聚合物电卡薄膜采用的电卡材料为p(vdf-trfe-ctfe)、p(vdf-trfe)、p(vdf-hfp)或p(vdf-trfe-cfe)；所述电卡电极为碳纳米管电极、银纳米线电极或石墨烯电极。

11、根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种可见光-红外波段超快伪装器件的制备方法，其包括以下步骤：

12、s1、将电卡材料溶解于极性溶剂n,n-二甲基甲酰胺中，制备浓度为5-25wt％的溶液；采用滴涂法、刮涂法或旋涂法制备厚度为10-40μm的薄膜，挥发溶剂后形成聚合物电卡薄膜；其中溶剂挥发温度为60-120℃；电卡材料为p(vdf-trfe-ctfe)、p(vdf-trfe)、p(vdf-hfp)或p(vdf-trfe-cfe)；

13、s2、通过真空蒸镀、磁控溅射、喷涂或者印刷方式，在聚合物电卡薄膜上下表面制备电卡电极，由聚合物电卡薄膜与两侧的电卡电极形成电卡效应层；所述电卡电极为碳纳米管电极、银纳米线电极或石墨烯电极；

14、s3、将聚4-甲基戊烯(tpx)、水性聚乙烯醇(pva)或聚苯乙烯(ps)溶解于正己烷、环己烷、水或甲苯中，在电卡效应层的一侧表面通过采用滴涂法、刮涂法或旋涂法制备厚度为3-20μm的薄膜，挥发溶剂形成绝缘隔离层；

15、s4、在绝缘隔离层表面通过喷涂、刮涂或印刷分散液方式制备薄层电极，再通过银胶将铜线黏附于薄层电极的两侧并烘干或者通过真空蒸镀或磁控溅射在薄层电极的两侧形成两条宽度0.1-2mm的引线电极，制备得到焦耳加热层；所述薄层电极为碳纳米管网络电极、银纳米线网络电极、pedot:pss电极、石墨电极或石墨烯电极；

16、s5、将热致变色粉分散液或热致变色液晶涂料通过喷涂法、旋涂法以及刮涂法涂覆在电卡效应层的另一侧表面，形成热致变色层。

17、根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种可见光-红外波段超快伪装器件的应用，将所述可见光-红外波段超快伪装器件将变色区域按预设图案设计后设置在待伪装设备的表面，或者以一个所述可见光-红外波段超快伪装器件为变色单元，将多个所述变色单元按阵列化排布设置在待伪装设备的表面。所述待伪装设备为可穿戴设备。

18、作为本发明的进一步优选技术方案，上述应用中，还包括控制器，所述控制器用于电性连接所述可见光-红外波段超快伪装器件中的焦耳加热层和电卡效应层。

19、相比现有技术，可以达到如下有益效果：

20、本发明提供的可见光-红外波段超快伪装器件，通过电卡效应以及焦耳热效应的协同工作，可以实现温度的瞬间变化，并通过热致变色层实现颜色的瞬间切换。相对于以往的研究，本工作主要通过利用电卡效应的快速温度变化大大缩短了升温过程以及降温到室温过程所需的时间，并且将伪装器件作为变色单元，可以通过阵列化设计、图案化设计以及迷彩色设计进一步优化，实现器件温度和颜色的超快切换以及阵列化、图案化控制，以应对更为复杂的环境。

技术特征：

1.一种可见光-红外波段超快伪装器件，其特征在于，包括沿厚度方向依次叠合的热致变色层、电卡效应层、绝缘隔离层和焦耳加热层，其中：

2.根据权利要求1所述的可见光-红外波段超快伪装器件，其特征在于，所述热致变色层、电卡效应层、绝缘隔离层和焦耳加热层均为柔性材质。

3.根据权利要求1所述的可见光-红外波段超快伪装器件，其特征在于，所述焦耳加热层包括薄层电极，所述薄层电极为碳纳米管网络电极、银纳米线网络电极、pedot:pss电极、石墨电极或石墨烯电极；所述薄层电极的两侧通过银胶黏附有两条铜线或者通过真空蒸镀或磁控溅射形成有两条宽度0.1-2mm的引线电极。

4.根据权利要求1所述的可见光-红外波段超快伪装器件，其特征在于，所述绝缘隔离层的材料为聚4-甲基戊烯、水性聚乙烯醇或聚苯乙烯。

5.根据权利要求1所述的可见光-红外波段超快伪装器件，其特征在于，所述聚合物电卡薄膜采用的电卡材料为p(vdf-trfe-ctfe)、p(vdf-trfe)、p(vdf-hfp)或p(vdf-trfe-cfe)；所述电卡电极为碳纳米管电极、银纳米线电极或石墨烯电极。

6.根据权利要求1-5任一项所述的可见光-红外波段超快伪装器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.权利要求1-5任一项所述的可见光-红外波段超快伪装器件，或者权利要求6所述的方法制备的可见光-红外波段超快伪装器件的应用，其特征在于，将所述可见光-红外波段超快伪装器件将变色区域按预设图案设计后设置在待伪装设备的表面，或者以一个所述可见光-红外波段超快伪装器件为变色单元，将多个所述变色单元按阵列化排布设置在待伪装设备的表面。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，还包括控制器，所述控制器用于电性连接所述可见光-红外波段超快伪装器件中的焦耳加热层和电卡效应层。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述待伪装设备为可穿戴设备。

技术总结一种可见光‑红外波段超快伪装器件及其制备方法和应用，该伪装器件包括：焦耳加热层，用于提供精准稳定的焦耳热；绝缘隔离层，用于对焦耳加热层与电卡效应层绝缘；电卡效应层，包括聚合物电卡薄膜以及两侧的电卡电极，电卡效应层用于在焦耳加热层进行焦耳热同时，通过电卡电极对聚合物电卡薄膜施加/撤去电场以产生电卡效应，使传递到热致变色层的温度信号呈现方波信号；热致变色层，用于在超快温度变化下实现颜色瞬间切换。本发明制备的伪装器件利用电卡效应的超快温度变化特点、焦耳热的稳定加热以及热致变色材料的对温度快速响应变色为可穿戴的可见光‑红外波段主动伪装器件的伪装速度较慢以及超调问题提供了超快稳定伪装的方案。技术研发人员：马儒军,薄轶文,白培加受保护的技术使用者：南开大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11