随着可见光、高光谱与热红外多波段侦察技术的发展，单一波段伪装已难以应对多波段联合探测。绿色丛林是最常见的军事背景环境，天然叶片因此成为最理想的模仿对象：叶片的颜色与绿峰、红边、近红外平台等反射特征来自叶绿体，可以用绿色颜料模拟；叶片内部的水形成了1200-2500 nm波段的水吸收谷，而水在气孔中的蒸腾又调节着叶面温度。然而，绿色颜料本身不含水，难以再现水吸收谷；传统水凝胶虽然含水，却因缺少孔道而吸湿、蒸腾缓慢；现有仿叶策略大多也只能实现静态、单波段伪装。因此，如何同时模拟叶片的叶绿体、水与气孔三种功能，实现可见光、高光谱与热红外多波段兼容伪装，是其走向实际应用的关键之处。

  针对以上难题，江南大学纺织科学与工程学院付少海教授/王冬副研究员团队提出仿生多孔水凝胶策略：以C.I.活性黄145与C.I.活性蓝21共沉淀插层于Mg-Al层状双氢氧化物（LDH）层间制备绿色杂化颜料，再与聚乙烯醇（PVA）、单宁酸（TA）粉末复合，经戊二醛溶液交联并浸渍LiCl，制备出绿色仿生多孔水凝胶（BPH，图1）。其中，绿色杂化颜料与水共同模拟叶片的颜色与可见-近红外反射光谱特征，水和孔道则模拟叶片的吸湿-蒸腾行为以调控热红外辐射，使BPH兼具优异的可见光、高光谱与热红外伪装性能，并可通过静电喷涂方便地赋予常规织物多波段伪装能力。

  2026年10月11日，该研究成果以“Leaf-Inspired Biomimetic Porous Hydrogels for Multi-Band Camouflage”为题发表于《Advanced Functional Materials》。江南大学硕士研究生杨宇珊为第一作者，王冬副研究员为通讯作者。

图1 仿生多孔水凝胶（BPH）的设计、性能与应用

  如图2所示，通过共聚焦显微镜和SEM证明了BPH内部互连三维多孔结构的存在：孔径分布在20-60 μm，与天然叶片的气孔尺寸相当，为水的吸附与蒸腾提供了通道。AFM与micro-CT进一步表明，其表面粗糙（Rq为113 nm），孔道约占总体积的20%，这种微纳尺度的粗糙与多孔结构既能产生类似叶片的漫反射，也便于捕获水分； FTIR则证实了杂化颜料与PVA/TA分子之间的强氢键作用。

图2 仿生多孔水凝胶的结构表征

  图3展现了BPH的结构稳定性与柔韧性。随含水量由40%提高到100%，其断裂强度由892 kPa降至559 kPa，断裂伸长率由289%提高到465%；在200%应变下循环拉伸100次后仍保持稳定的形状，说明其能够承受反复的形变而不失效。

  更重要的是，孔道中的水为BPH带来了优异的隔热与阻燃性能：2 mm厚的样品置于180 ℃热台上，表面温度仅为72.6 ℃，温差高达107.4 ℃；接触丁烷火焰时表面迅速脱水碳化，移去火源后立即自熄，极限氧指数（LOI）高达54.0%，热释放速率峰值与总热释放量较干燥样品分别降低42.5%和32.3%。

图3 仿生多孔水凝胶的力学、热学与阻燃性能

  如图4所示，吸湿与蒸腾动力学测试表明，BPH的多孔结构显著加快了水分传输：在100%湿度下最大吸水量达0.497 g·g^-1，在20%湿度下蒸腾速率达0.05 g·g^-1·h^-1，并可在多次循环后恢复至初始吸水量。互连大孔降低了水的扩散阻力，介孔提供毛细驱动力，亲水的LiCl提供化学吸附驱动力，三者协同使BPH像天然叶片一样持续“吸湿-蒸腾”。

图4 仿生多孔水凝胶的吸湿与蒸腾行为

  如图5所示，色度与光谱测试证实BPH叶片与天然柿树叶高度相似：含水量为40%时二者色差仅为1.87，肉眼难以分辨；含水量越高，绿峰、近红外平台与水吸收谷处的反射率越低，说明水凝胶中的水成功再现了天然叶片的水吸收谷特征，其与标准叶片的相关系数和余弦相似度最高达0.940和0.958，且经100次吸放水循环后仍保持稳定。户外实测中，BPH叶片与周围叶片的相关系数和余弦相似度全天高于0.92，辐射温差小于2 ℃，实现了可见光、高光谱与热红外一体化伪装。

图5 仿生多孔水凝胶叶片的光谱特性与户外伪装性能

  如图6所示，通过静电喷涂可将 BPH 方便地涂覆在棉、涤纶、尼龙等常规织物表面，涂层织物呈现出与天然叶片相似的可见-近红外反射光谱，并随吸湿-蒸腾过程可逆变化，其透气性和透湿性分别达到2.43 mm·s^-1和188.12 g·m^-2·(24 h)^-1。户外测试表明，涂层织物与周围天然叶片的相关系数和余弦相似度分别超过0.92和0.95，与丛林背景的辐射温差小于3 ℃。相比之下，商用绿色热伪装织物与普通绿色织物虽然在热红外图像中具有一定匹配度，却无法再现天然叶片的反射光谱；BPH涂层由此使常规织物同时具备可见光、高光谱和热红外多波段伪装能力。

图6 仿生多孔水凝胶涂层织物的光谱特性与户外伪装性能

  该研究以天然叶片为蓝本，用含水量可调的绿色多孔水凝胶同时复现了叶片的颜色、可见-近红外反射光谱与吸湿-蒸腾行为，在丛林环境中实现了可见光、高光谱与热红外多波段兼容伪装，并可借助涂层工艺移植到常规织物。这一策略为解决多波段兼容伪装性难题提供了新的思路。

  该研究得到了江苏省基础研究计划（No. BK20253059）和国家自然科学基金项目（No. 22475086）的资助。

  原文链接：http://doi.org/10.1002/adfm.78991