一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件

技术领域

本发明属于智能伪装技术领域，具体涉及一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件。

背景技术

近年来，侦察与探测技术飞速发展，高空侦察平台的工作波段已经覆盖了从可见光/近红外直至整个雷达波段，这对隐身防护性能提出了极高的要求。而现广泛应用于隐身伪装的伪装网、伪装涂层等，虽然可以在单一环境下对地面单位进行伪装保护。但是，当地点、时间等发生变化时，其隐身性能将会大幅减弱。

通常情况下地面单位与背景的光学特征，随环境的变化而呈现较大的差异，因此要实现多场景隐身效果，地面单位的光学特征应能随作战环境变化而自动调节。同时，高光谱探测技术侦察谱段涵盖了0.4～2.5μm，这类探测技术融合了光谱分析和成像遥感的优点，可通过探测目标与背景固有光谱特征的差异信息来发现、识别目标，因此要实现更好隐身效果，在地面单位与背景的光学特征一致的情况下，高光谱特征也需要具备相似的特征。此外，当前合成孔径雷达等高新技术已日臻完善并获得广泛运用，作为一种工作在微波波段的主动探测手段，其具有全天时、全天候和一定的穿透植被与地表的能力。因此要实现更全面隐身效果，地面单位需要具备主动调节雷达反射峰值和频率，应对多频段雷达组网系统的探测。

现在已有的用于隐身伪装的器件，可以单独实现颜色变化、模拟典型地面背景(植被)高光谱特性、主动调节雷达波吸收峰值和频率，但是无法实现上述几种方式的兼容及智能调控。综上所述，目前急需一种能够根据环境、任务等情况的变化，改变自身光学特征，且具备与典型地面背景(植被)相似的高光谱特性，同时主动调节雷达反射特性的电调控隐身伪装器件，从而降低目标被侦察识别，显著提升地面单位伪装能力。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件。本发明多频谱兼容智能伪装器件可通过改变外加电压改变颜色模拟嫩叶与枯叶，具备与植物相似的高光谱特性，还能通过改变电压实现主动调节雷达反射特性的功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件，包括自上而下依次设置的柔性透明可调谐吸波层、一体化仿生变色层和柔性金属反射层；

其中，所述柔性透明可调谐吸波层为该器件实现电调谐电磁波吸收的主要功能层，包括透明柔性介质层、位于透明柔性介质层之上的透明谐振工作层、以及位于透明柔性介质层之下的透明多功能导电层；

所述透明谐振工作层为焊接有二极管的图案化导电网格，所述图案化导电网格由阵列排列的单元结构组成，单元结构由中间的四边形导电区域和与四边形四条边平行的四个长条形导电区域组成，长条形导电区域的长边边长分别与四边形导电区域相邻边的边长相等，通过四个二极管将四个长条形与中间的四边形导电区域连接；将四边形导电区域均匀划分为多个单元格，每个单元格中心的导电区域被去除形成非导电区域；分别将四个长条形导电区域划分为多个单元格，每个单元格中心的导电区域被去除形成非导电区域；其中单元结构的边长不低于30mm，单元格的边长为0.5～3μm，透明谐振工作层的导电区域的面积不超过透明柔性介质层面积的75％；

所述透明多功能导电层由阵列排列的中心导电区域被去除形成非导电区域的单元格组成，单元格的边长不超过3μm；透明多功能导电层的导电区域面积不超过透明柔性介质层面积的50％。

优选地，单元结构中的四边形的边长不低于20mm。

进一步的，所述透明谐振工作层的导电材料阻值不低于10Ω/口，透明多功能导电层的导电材料阻值不低于5Ω/口。

进一步地，所述透明谐振工作层的导电材料为ITO、FTO等，厚度为0.01～25μm。

进一步的，所述透明多功能导电层的导电材料为ITO、FTO等，厚度为0.01～25μm。

进一步地，所述透明柔性介质层为PET、PVDF、PDMS等；所述透明柔性介质层的厚度为0.5～5mm。

进一步的，所述一体化仿生变色层为该器件实现电致变色及模拟植物高光谱特性的主要功能层，采用以下步骤制备得到：

步骤1、透明再生纤维素薄膜的制备：

将1wt％～5wt％棉短绒溶解在二甲基亚砜和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的混合溶剂中，得到混合液，其中二甲基亚砜和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的质量比为(1～4)：1；然后将混合液浇铸于聚四氟乙烯凹槽内，再浸入无水乙醇中，使已经溶解的纤维素再生，形成厚度为0.01～1mm的透明再生纤维素薄膜；

步骤2、配制一体化电致变色凝胶：

将溶胶加入去离子水中，搅拌至溶胶全部溶解后，加入电致变色材料、电解质，继续搅拌，形成一体化电致变色凝胶；其中，溶胶、电致变色材料、电解质和去离子水的质量百分含量为：64wt％～84wt％的去离子水、10wt％～20wt％的溶胶、4wt％～20wt％的电解质、2wt％～6wt％的电致变色材料；

其中，步骤2所述溶胶为聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯等；所述电解质为锂盐、钠盐等；所述电致变色材料为可在无色或黄色与绿色之间变化的电致变色材料，包括紫精衍生物、三苯胺衍生物等。

进一步的，所述柔性金属反射层为该器件实现电致变色、模拟植物高光谱特性及电调谐电磁波吸收的辅助功能层，包括柔性衬底以及形成于柔性衬底之上的导电金属层。所述柔性衬底为尼龙等，厚度为0.05～5mm；所述导电金属层为金、铜中的一种或几种，厚度为0.05～0.5μm。

进一步的，所述透明谐振工作层的制备过程为：首先，采用物理沉积法在透明柔性介质层上沉积导电层；然后刻蚀图案化导电网络；最后焊接二极管。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件，能够根据环境、任务等情况的变化，改变自身光学特征实现颜色变化；具备与典型地面背景(植被)相似的高光谱特性；同时能够主动调节雷达反射特性，且上述三种特性互不干扰，实现了上述3种隐身伪装特性的兼容集成，从而降低目标被侦察识别，显著提升地面单位隐身伪装能力。

附图说明

图1为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件的结构示意图；

图2为透明谐振工作层中，单元结构的示意图；

图3为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件的颜色变化原理示意图；

图4为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件与树叶(黄色银杏)反射光谱的对比；

图5为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件的电调谐电磁波吸收原理验证模型及仿真模拟出的电磁波吸收曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的实现原理及方案。

如图1所示，本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件的结构示意图，包括自上而下依次设置的柔性透明可调谐吸波层、一体化仿生变色层和柔性金属反射层；其中，电极1、2连接于柔性透明可调谐吸波层中的透明谐振工作层上，电极3连接于柔性透明可调谐吸波层中的透明多功能导电层上，电极4连接于柔性金属反射层中的导电金属层上。在电极1、2之间施加电压可以实现电调谐电磁波吸收，在电极3、4之间施加电压可以实现电致变色；一体化仿生变色层配合柔性金属反射层可实现与植物相似的高光谱特性。

如图2所示，为透明谐振工作层中，单元结构的示意图；单元结构由中间的四边形导电区域和与四边形四条边平行的四个长条形导电区域组成，长条形导电区域的长边边长分别与四边形导电区域相邻边的边长相等，通过四个二极管将四个长条形与中间的四边形导电区域连接；将四边形导电区域均匀划分为多个单元格，每个单元格中心的导电区域被去除形成非导电区域；分别将四个长条形导电区域划分为多个单元格，每个单元格中心的导电区域被去除形成非导电区域；其中单元结构的边长不低于30mm，单元格的边长为0.5～3μm，透明谐振工作层的导电区域的面积不超过透明柔性介质层面积的75％。本发明为了在实现电致变色和电调谐电磁波吸收的同时实现与植物相似的高光谱特性，根据频率选择表面的原理为柔性透明可调谐吸波层中透明谐振工作层和透明多功能导电层分别设计了周期性结构图案。为使透明柔性可调谐吸波层在吸收雷达波的同时，尽量透过850～2500nm的近红外光，采用了接近雷达波与近红外波谐振频点的波长级别的周期性复合结构图案；透明多功能导电层，在透过850～2500nm的近红外光的同时，尽量反射雷达波，采用了近红外波谐振频点的波长级别的周期性结构图案。同时，透明谐振工作层的导电材料阻值不低于10Ω/口，透明多功能导电层的导电材料阻值不低于5Ω/口，上述导电材料的阻值选择，兼顾考虑吸波与电致变色的需要。

如图3所示，为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件的颜色变化原理示意图，通过改变电极3、4之间电压改变颜色模拟枯叶(黄色)与嫩叶(绿色)的具体原理为：黄色(枯叶)是通过黄色或者无色电致变色活性物质和黄色的柔性金属反射层混合实现的；绿色(嫩叶)是通过一体化仿生变色层中电致变色分子在电压作用下在柔性金属反射层上变成绿色并遮盖住底层颜色实现的；同时，还需要透明柔性可调谐吸波层、透明柔性介质层以及透明再生纤维素薄膜的高可见光透过率，保证颜色不受影响。

如图4所示，为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件与模拟植物叶片(黄色银杏)反射光谱的对比。模拟植物叶片在350～850nm处的反射光谱，是通过改变外加电压改变颜色模拟绿色以及黄色的光谱；模拟植物叶片在850～1150nm范围内的近红外反射高原，主要依靠一体化仿生变色层中透明再生纤维素薄膜提供水平的近红外反射率，并利用底层柔性金属反射层的高反射率以提升器件整体的反射率实现的；模拟植物叶片在1400nm和1800nm处的水吸收峰，是通过一体化仿生变色层中的再生纤维素薄膜中保存的水分以及电解质中的锂盐等具备吸水性成分的吸水效应来实现的；同时，还需要分别由透明柔性可调谐吸波层中透明谐振工作层、和透明多功能导电层图案化设计出的高近红外透过率，以及透明柔性介质层的高近红外透过率，保证透明柔性可调谐吸波层不干扰对植物反射光谱的模拟。

如图5所示，为本发明提供的一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件的电调谐电磁波吸收原理验证模型及仿真模拟出的电磁波吸收曲线。电磁波传播到柔性透明可调谐吸波层，在透明谐振工作层与透明多功能导电层的耦合作用下产生谐振损耗实现雷达波吸收的效果，金属反射层保证电磁波的完全反射没有透射。同时，通过改变透明谐层上的变容二极管的反向偏置电压，可以改变透明谐振工作层的阻抗匹配，对吸收波段进行连续调谐。

实施例

一种可电调控的多频谱兼容智能伪装器件，其制备过程具体为：

步骤1.柔性透明可调谐吸波层的制备：

1.1透明谐振工作层的制备

采用磁控溅射法，在厚度为2.5mm的PET(透明柔性介质层)上表面沉积厚度为5μm的ITO薄膜；采用激光蚀刻法，在上述ITO薄膜上刻蚀出所设计的透明谐振工作层图案化导电网格，以去除多余的ITO；然后在刻蚀后的导电层表面焊接微型二极管，二极管型号为SMV2019-079LF。其中，透明谐振工作层为焊接有二极管的图案化导电网格，所述图案化导电网格由阵列排列的单元结构组成，单元结构的边长为30mm，单元结构由中间的、边长为20mm的正方形ITO导电区域和与正方形ITO四条边平行的四个长条形导电区域组成，长条形导电区域为长方形ITO图案，其长边边长为20mm、短边边长为4mm，通过四个长1mm、宽0.25mm的二极管将四个长条形与中间的正方形导电区域连接；将正方形ITO导电区域均匀划分为多个边长为2μm的正方形单元格，每个单元格中心的边长为1.73μm的正方形导电区域被去除形成非导电区域；分别将四个长条形导电区域划分为多个边长为2μm的正方形单元格，每个单元格中心的边长为1.73μm的正方形导电区域被去除形成非导电区域；

1.2透明多功能导电层的制备

采用磁控溅射法，在上述厚度为2.5mm的PET(透明柔性介质层)下表面沉积厚度为0.5μm的ITO薄膜；采用激光蚀刻法，在ITO薄膜上刻蚀出所设计的透明多功能导电层图案，以去除多余的ITO。其中，透明多功能导电层由阵列排列的中心导电区域被去除形成非导电区域的单元格组成，单元格为正方形、其边长为2μm，非导电区域为边长1.4μm的正方形。

步骤2.一体化仿生变色层的制备：

2.1透明再生纤维素薄膜的制备

将0.15g棉短绒在6.5g二甲基亚砜中进行溶胀3h，待棉短绒完全溶胀后，向其中加入3.5g 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，充分搅拌5h，得到混合液；然后将混合液浇铸于深度为50μm的聚四氟乙烯凹槽内，再浸入无水乙醇中12h，使已经溶解的纤维素再生，形成厚度为0.35mm的透明再生纤维素薄膜；

2.2配制一体化电致变色凝胶

将10g PVA加入到80mL去离子水和10mL二甲基亚砜的混合溶剂中，并在85℃油浴加热下搅拌3h，待PVA全部溶解后，取出静置6h以便消泡，得到PVA凝胶；

在搅拌的条件下，将0.28g 1-苄基-1'-(对氰基苯基)-4,4'-联吡啶二溴化物，0.12g 1,1'-二茂铁二甲醇和0.53g高氯酸锂加入到10g上述凝胶中，均匀搅拌6h后，取出静置12h以便消泡，得到一体化电致变色凝胶；

步骤3.柔性金属反射层的制备：

采用真空电子束镀膜法，以厚度为200μm的柔性尼龙膜为基底，高纯金靶为靶材，在尼龙膜上沉积厚度为300～350nm的金膜，镀膜过程中的真空腔体真空度小于3×10

步骤4.器件的封装：

将聚乙烯薄膜、步骤1制备的柔性透明可调谐吸波层、步骤2制备的一体化仿生变色层、步骤3制备的柔性金属反射层、聚乙烯薄膜按照顺序层叠，并在热压机的辅助下完成封装，即可得到所述器件。