在现代科技飞速发展的今天，军事领域的探测手段越来越先进，从单一波段探测逐渐转变为多波段、多角度探测，雷达、红外、声波等多种探测方式齐头并进。在这样的背景下，隐身技术成为了各国科研人员竞相研究的热点，因为它是对抗探测的有力武器。然而，传统的单波段隐身技术已经难以应对复杂的多频谱协同探测，陷入了应用瓶颈。
目前，开发雷达 / 红外双波段兼容的抗探测材料面临诸多难题。常见的电磁波吸收（EMA）材料，其吸收电磁波能量并转化为热能的机制，会因材料与环境的红外发射率不匹配，导致在红外波段的暴露加剧。而红外隐身的主要机制是减少目标物体与环境之间的红外辐射差异，这与 EMA 材料的特性相互矛盾，使得双波段兼容抗探测材料的研究困难重重。
为了解决这些问题，西北工业大学的研究人员开展了一项重要研究。他们制备出了多功能 PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜，这种薄膜具有诸多优异性能，实现了电磁波吸收与红外隐身功能的兼容，在军事防护等领域具有广阔的应用前景，相关研究成果发表在《iScience》上。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析薄膜的分子结构和化学组成；利用 X 射线衍射仪（XRD）对薄膜的晶体结构进行表征；借助旋转流变仪测试薄膜的流变行为；使用矢量网络分析仪测定薄膜在 X - 和 Ku - 波段的电磁参数特性；采用差示扫描量热仪（DSC）测试硫酸钠十水合物（Na2SO4⋅10H2O，SSD）的相变温度和相变焓。
设计与合成
研究人员首先制备了双网络薄膜。以聚乙烯醇（PVA）溶液为第一层网络，聚（离子液体 - 丙烯酰胺）（P (ILs - AM)）作为第二层网络，通过紫外光聚合反应得到均匀透明的 PVA/P (ILs - AM) 薄膜。在制备过程中，添加甘油有效延缓了凝胶中水分的蒸发，增强了薄膜在实际应用中的稳定性。此外，通过 FTIR 光谱分析可知，薄膜中各成分之间存在特定的相互作用，且 SSD 主要通过物理作用与薄膜相互作用。制备出的薄膜面积大、厚度薄，具备良好的透光性和拉伸性能。
可调介电性能及 EMA 性能机制
研究人员对 PVA/P (ILs - AM) 薄膜的介电性能进行了深入分析。介电性能由相对复介电常数（εr）和相对复磁导率（μr）等电磁参数评估，由于薄膜的非磁性，磁导率变化可忽略。极性液体如水和有机溶剂会引起显著的极化损耗，导致电磁波衰减，而导电损耗（欧姆损耗）也是介电损耗型 EMA 材料的重要因素。
研究发现，改变 AM:ILs 比例会影响薄膜的介电性能。随着 AM:ILs 从 10:0 变化到 10:3，ε′和εn均呈上升趋势，离子电导率也随之增加。但当添加 10:3 单位的离子液体时，阻抗匹配值约为 0.4，电磁波难以有效穿透材料。通过 Debye 理论计算可知，传导损耗随离子液体添加持续增加，极化损耗仍占主导，且随着离子液体含量增加，极化弛豫峰位置略有红移，表明分子取向极化弛豫时间延长。综合分析，当 AM:ILs 为 10:2 时，薄膜在 X - 和 Ku - 波段的有效吸收带宽（EAB）达到 6GHz，表现出最佳吸收性能。
此外，聚合物网络的交联程度也影响导电损耗。随着 P (ILs - AM) 摩尔分数增加，ε′和εn在 X - 波段和 Ku - 波段均呈上升趋势，但过高的交联程度会增加内部粘度，阻碍载流子传输。当AM:ILs=10:2且 P (LsAM) 为 20mol% 时，薄膜的 EAB 最宽，达到 6GHz，此时薄膜兼具良好的电磁吸收性能和一定的红外隐身性能，但红外隐身效果有待进一步提升。
通过掺入 SSD 提高兼容隐身性能
研究人员在 PVA/P (ILs - AM) 薄膜基础上，掺入 SSD 制备了 PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜。XRD 图像显示出 SSD 的特征峰，表明其成功掺入薄膜。掺入 SSD 后，薄膜的εn减小，电导率降低，这是由于 SSD 晶体阻碍了载流子转移。虽然极化损耗和导电损耗有所降低，但由于极化损耗占主导，薄膜的电磁波吸收能力与 PVA/P (ILs - AM) 薄膜相比差异不大，在 1.9mm 厚度下，EAB 仍可达 6GHz。
雷达散射截面（RCS）模拟结果表明，覆盖 PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜的吸收体与纯理想电导体（PEC）相比，3D RCS 强度显著降低，2D RCS 图像显示该薄膜比 PEC 降低约20dBm2，证明其是有效的电磁波吸收材料。
在红外隐身方面，SSD 的相变行为起到关键作用。当环境温度高于相变温度时，SSD 吸收热量并储存，阻止热量传递；温度降低时，释放潜热。通过 DSC 测试可知，薄膜中的氢键网络使 SSD 相变温度略有降低，硼砂的添加减少了过冷度。POM 图像直观展示了 SSD 的相变过程。实验表明，PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜升温速度比环境温度和 PVA/P (ILs - AM) 薄膜慢得多，在模拟人体温度测试中，能维持 5.2℃的温差，实现了红外隐身和干扰功能。
机械性能和多功能性
在实际应用中，薄膜的机械性能至关重要。研究测试了薄膜的机械性能，单网络 PVA 薄膜断裂应力为 599.2kPa，应变仅 67.7%；添加 PAM 网络后，PAM/PVA 薄膜断裂应力增加到 802.8kPa；加入 PILs 网络的 PILs/PVA 薄膜应变显著增加到 151.9%，表明 PILs 可有效提高薄膜拉伸性能。双网络 PVA/P (ILs - AM) 薄膜断裂应力达到 824.9kPa，应变 195.8%。掺入 SSD 会使薄膜断裂应力降低，但韧性仍能达到90.75J/m3。
薄膜的粘弹性测试表明，在 0.1Hz 至 100Hz 频率区间内，剪切模量基本稳定，储能模量（G′）大于损耗模量（G"），表明系统发生弹性变形，薄膜处于固态。热稳定性测试显示，随着温度升高，薄膜因水分和甘油溶剂蒸发而缓慢失重，添加 SSD 后失重更明显，但在 100℃时，PVA/P (ILs - AM) 和 PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜重量仍分别保持 95.3% 和 90.5%。此外，PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜还具有阻燃性，能承受自身重量 110 倍的负载，折叠、扭曲后能恢复原状，具备良好的综合性能。
综上所述，研究人员通过简单的一锅法和紫外光聚合反应，制备出大面积、柔性且均匀的 PVA/P (ILs - AM)/SSD 薄膜。该薄膜通过极化损耗和导电损耗的协同作用，在 X - 和 Ku - 波段实现了 6GHz 的有效吸收带宽；同时，利用 SSD 的相变行为，在中低温环境下实现了红外隐身功能。此外，薄膜具有良好的机械性能和热稳定性，满足实际应用需求。这项研究为多光谱抗探测柔性薄膜的发展提供了新思路，有望在未来军事活动中的人体防护、隐身战机、装甲车等领域发挥重要作用，推动相关领域的技术进步。
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