热伪装技术通过调控目标表面的温度与红外辐射特性，可有效提升作战系统在复杂环境中的生存能力，其核心设计思路为使目标的红外辐射特性与周围环境相匹配，以降低目标与环境间的可探测辐射差异。根据斯特藩–玻尔兹曼定律，所有温度高于绝对零度的物体均会向外发射红外辐射，且其辐射强度与材料表面在大气透明窗口（中红外波段）的发射率、物体表面温度的四次方呈正相关。因此，精确控制目标表面温度、降低其在大气透明窗口的发射率，已成为实现材料良好热伪装性能的主要途径。但在户外太阳辐射场景下，MXene、金属基等传统热伪装材料存在太阳光谱高吸收的固有特性，易引发显著的光热效应，造成隐身表面热量快速积聚、温度骤升，这极大限制了此类材料在户外日照环境中的红外隐身性能。因此，研制能够适应户外日照环境的新型热伪装材料具有重要的研究与应用价值。

  针对上述问题，东华大学张超研究员、江南大学刘天西教授利用带电MXene纳米片在静电场作用下形成的浓度梯度分布，结合其在聚合物单体原位聚合过程中发挥的物理交联作用，制备出兼具MXene纳米片含量梯度与孔隙率梯度的双重梯度多孔高分子复合材料（图1）。

  2026年2月2日，该工作以“Thermal-Rectified Gradient Porous Nanocomposite Foam Enables Spontaneous-Cooling Thermal Camouflage”为题发表在《Matter》上。论文第一作者为东华大学材料科学与工程学院博士研究生原蒙蒙，通讯作者为东华大学张超研究员。

图1. 梯度多孔高分子复合材料的制备与表征：(A)制备过程的示意图；(B-D)所得样品的光学照片。

  该梯度多孔高分子复合材料具有连续梯度结构，界面热阻低，且具有独特的单向传热性质（热整流系数为28%，图2），可有效切断高温隐身目标向热伪装表面的热量传递。梯度多孔结构与双层堆叠结构相比，在厚度方向上具更快的稳态传热性质与更高的两侧表面温度差。随 MXene 含量从 1 wt% 增至 10 wt%，梯度多孔结构的热整流系数由 12% 提升至 28%。分子动力学模拟进一步揭示：正向传热方向（J_DS）声子散射弱、能量分布均匀、匹配良好，重叠能高于反向传热方向（J_SD），证实梯度多孔结构实现了热流单向优先传输与高效定向传热。同时，该梯度复合材料表现出独特的Janus光谱特性：MXene富集侧（热伪装表面）表现出较低的中红外发射率（37.5%），有效抑制红外辐射；而聚合物富集侧（隐身目标侧）则同时具备较高的中红外发射率（94.1%）和太阳光反射率（95.4%），实现了自发辐射降温功能。在太阳光直射条件下，该梯度复合材料隐身表面的平均温度较均匀多孔材料降低了3.8 °C，最大温降可达8.8 °C（图3）。连续24小时热伪装测试中，该材料未出现明显的热积累和热应力现象。本工作为热整流高分子梯度复合材料的设计制备及其户外自降温热伪装应用提供了研究思路。

图2. 梯度多孔高分子复合材料的定向传热性能：(A) 梯度结构与双层结构的热传导过程示意图。(B) 梯度结构与双层结构从致密侧到疏松侧的有限元热传导趋势分析。(C)梯度结构与双层结构在加热台上的热传导过程照片及红外热像图。(D) 不同MXene含量的梯度多孔复合材料的不对称导热率比较。(E) 不同MXene含量的梯度多孔复合材料在20-100 ^oC范围内的导热率。(F) 沿J_DS和J_SD热流方向的原子动能空间分布，色标表示以eV为单位的原子动能。(G, H) 区域A和B中沿(G) J_DS和(H) J_SD热流方向的态密度及声子谱重叠能量。

图3. 梯度多孔高分子复合材料的户外自降温热伪装性能：(A) 梯度多孔高分子复合材料户外热伪装中的应用示意图。(B) 基于太阳吸收率和中红外发射率特性的梯度多孔结构与均匀多孔结构伪装表面的平衡表面温度模拟。(C) 梯度多孔结构与均匀多孔结构在特定热流条件下的有限元热传导比较。(D) 梯度多孔结构与均匀多孔结构在户外热伪装中工作原理的对比示意图。(E) 梯度多孔结构与均匀多孔结构覆盖下的太阳辐照强度与实时温度变化曲线。(F) 在直射阳光和高温环境下，覆盖与未覆盖梯度多孔结构与均匀多孔结构的发热坦克模型（表面温度100 ^oC）的照片与红外热像图。(G, H) 非接触模式与接触模式下，聚合物富集侧表面与目标的表观温度随时间变化曲线。插图显示两种伪装模式下的温度测量位置示意图。(I) 发热温度为70 ^oC的直升机模型在非接触模式与接触模式下使用梯度多孔结构进行红外伪装的热像图。

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590238525006150