随着可见光与红外热成像探测技术的快速发展，军事装备和设施面临的探测威胁日益严峻。有效的可见光 - 红外兼容伪装技术成为提升军事目标生存能力的关键，其核心是通过模拟环境信号降低被探测概率：在可见光波段需调节目标表面颜色以融入周围环境，在红外波段则需使目标辐射温度与环境匹配，尤其需适配中波红外（ MWIR ， 3-5 μm ）和长波红外（ LWIR ， 8-14 μm ）等大气透射窗口。现有伪装技术存在显著局限性，其一是温度适应性不足 ，传统热伪装仅适用于静态环境（目标温度固定且高于环境），无法应对目标温度动态变化（如 30–70 °C ）的场景；其二是多光谱兼容性差 ，可见光伪装依赖薄膜干涉调色（如仿生结构），而红外伪装需低发射率材料（如金属 / 介质多层膜），二者难以协同；其三是调控机制复杂 ，电控热发射（如石墨烯）需外部供能；相变材料（如 GST 、 VO2 ）通常需复杂超构表面设计，成本高且难以规模化制备。因此，开发无需外部能量输入、能在宽温域（ 30-70 ℃ ）实现自适应热辐射调节，且兼容可见光着色的伪装技术，成为亟待解决的核心问题。

　　本文研究提出一种基于 WxV1-xO2 相变材料的准光学纳米腔结构 — 自适应热辐射调制器（ ATRM ），实现了宽温域可见光 - 红外兼容伪装。

　　本文研究首先进行了结构设计与制备，ATRM结构由底层到顶层依次为，W层（~100 nm）、Ge间隔层（~300 nm）、WxV1-xO2相变层（~100 nm）及Ta2O5着色/保护层（厚度可调，40-140 nm），整体结构示意图如图1(a)所示。其中各层功能为，W层利用高等离子体频率（~13.2 eV）实现低红外发射率；Ge间隔层通过破坏性干涉实现5-8 μm非探测波段的选择性吸收；WxV1-xO2层基于温度诱导的单斜相-四方相相变（相变温度～303 K），动态调节非探测波段辐射特性；Ta2O5层作为可见光波段波阻抗匹配层，通过薄膜干涉实现着色，同时保护WxV1-xO2层免受氧化。其制备方法为采用高真空多靶磁控溅射系统制备，W层通过直流溅射沉积，Ge和Ta2O5层通过射频溅射沉积；WxV1-xO2层（V:W=98.5:1.5at.%）通过射频反应磁控溅射（Ar:O₂=9:1）制备，后经450 ℃线分钟以优化结晶度；腔体线 Torr，确保薄膜纯度。

　　图1.基于相变材料的纳米腔结构实现可见光和宽温域红外伪装的概念图；(a) 基于WxV1-xO2的自适应热辐射调制器（ATRM）在低温（LT）和高温（HT）下实现可见光和红外伪装的示意图；(b) 灌木叶片与ATRM在低温和高温状态下的反射光谱及热辐射；(c) 所制备ATRM的可见光图像；(d) 所制备ATRM的热成像图。

　　然后本文研究又进行了材料与结构表征。先是微观结构，通过扫描电子显微镜（SEM）横截面图像（图2(a)所示）显示，WxV1-xO2/Ge/W纳米腔各层界面清晰，厚度与设计一致；通过X射线衍射（XRD）图谱（图2(b)所示）证实各层结晶性良好，W层呈柱状晶生长，Ge和WxV1-xO2层均出现特征衍射峰。后是光学常数表征，通过椭圆偏振仪与傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测试显示，WxV1-xO2在低温（20 ℃，单斜相）时呈弱金属性，高温（70 ℃，四方相）时因绝缘体-金属相变，等离子体频率升至1 eV，红外透射特性显著变化。

　　其次本文研究分析了动态热辐射调制机制，WxV1-xO2的相变特性驱动纳米腔在5-8 μm非探测波段实现辐射“开关”。低温20 ℃时，WₓV₁₋ₓO₂为单斜相，弱金属性允许红外波部分穿透并在纳米腔内共振（图2(d)所示），结合W层的欧姆损耗与WxV1-xO2的本征吸收（图2(e)所示），使5-8 μm波段发射率高达～0.83（图2(c)所示），利于散热；高温70 ℃时，WxV1-xO2相变为金属态，阻断红外波进入纳米腔（图2(g)所示），共振消失导致发射率降至～0.29（图2(c)所示），减少辐射损失。通过波阻抗分析（图2(f)和(i)所示）进一步证实，低温时5-8 μm波段波阻抗与空气匹配（近零差异），辐射能力强；高温时阻抗显著偏离空气，辐射被抑制。

　　图2. 动态热辐射调制；(a) 基于WxV1-xO2的纳米腔涂层的横截面微观结构；(b) 沉积在玻璃衬底上的WxV1-xO2/Ge/W纳米腔的 X 射线衍射图谱；(c) WxV1-xO2/Ge/W纳米腔涂层在低温（20 °C）和高温（70 °C）下的红外光谱；(d-i) 分别为WxV1-xO2/Ge/W纳米腔在低温(d-f)和高温(g-i)下的电磁波功率流、功率损耗及相对波阻抗。波阻抗（z）是电场与磁场的比值。

　　再次本文研究又进行了可见光兼容显色设计通过调控Ta2O5层厚度实现可见光波段干涉着色，适配不同环境。其颜色调控规律为Ta2O5厚度从40 nm增至140 nm时，可见光反射峰红移（图3(c)所示），表面颜色从绿色、黄色变为棕色（图3(d)所示），可模拟不同生长阶段的树叶外观。通过CIE色坐标显示（图3(e)所示），Ta2O5光学厚度从60 nm增至300 nm时，颜色从黄色循环至红色、蓝色、绿色，符合薄膜干涉的constructive interference条件（δ=mλ，m为整数，图3(f)所示）。其实用性优势为退火处理使ATRM表面粗糙，降低角度依赖的镜面反射；疏水特性（接触角～116°）赋予自清洁能力，维持长期性能稳定。

　　图3.动态热伪装涂层的可见光着色性能；(a) 彩色图案化自适应热辐射调制器（ATRM）的横截面扫描电子显微镜图像；(b) 彩色图案化ATRM在20 °C（低温）和70 °C（高温）下的反射光谱；(c) 不同顶层Ta2O5层厚度的ATRM在可见光范围内的反射光谱，以及(d)其光学照片；(e) 样品在CIE色彩空间中的色坐标；(f) 干涉波长与Ta2O5薄膜厚度的函数关系；相长干涉条件由δ=mλ给出，其中m为整数。

　　本文研究最后进行了宽温域伪装性能验证。其中红外辐射稳定性，通过温度依赖反射光谱（图4(a)所示）显示，30-70 ℃范围内，ATRM在8-14 μm探测波段的辐射功率缓慢增长（仅～50W/m-2），发射率从0.4降至0.3，远优于传统材料的温度敏感特性；通过热成像对比（图4(c)所示）显示，与Si、SiO2、Al2O3、不锈钢（SS）相比，ATRM的辐射温度随实际温度变化最小，70 ℃时辐射温度比实际温度低～35 ℃（图4(d)所示）。其中环境兼容性，辐射温度对比度在30-70 ℃范围内均7%（5 ℃偏差，图5(b)所示），显著优于低发射率金属（如SS）；并且与现有技术对比（图5(c)和(d)所示），ATRM在低温（LT）和高温（HT）下的品质因数（FOM）均处于领先水平，且在非探测波段散热能力（40 W/m-2）突出。当环境参考样本（SiO2、Al2O3等）温度固定为～32 ℃，ATRM 温度从30 ℃升至70 ℃时，其辐射温度始终维持在～30 ℃，与环境差异可忽略（图5(a)所示），实现动态场景下的有效伪装。

　　图4.温度自适应热辐射及红外伪装性能；(a) 自适应热辐射调制器（ATRM）的温度依赖性反射光谱；(b) 伪装辐射体在对应温度下8-14 μm波段内的辐射功率和热发射率；(c) 伪装辐射体与四种参考样品（硅、二氧化硅、三氧化二铝和不锈钢）在不同加热温度下的热成像图；(d) ATRM 与参考样品在8-14 μm波段内的辐射温度随加热温度的变化关系。

　　图5.宽温域热伪装辐射体的综合性能展示；(a) 宽温域伪装性能演示；参考样品的温度固定在室温（≈32 °C），而伪装辐射体的温度从30 °C变化至70 °C；(b) 自适应热辐射调制器（ATRM）与不锈钢（SS）的辐射温度对比度，定义为Tobj-Tenv/Tobj+Tenv，其中Tobj和Tenv分别为目标和环境的辐射温度；(c,d)本研究与其他伪装设计在低温和高温下的综合性能对比。

　　综上所述，本文开发的WxV1-xO2基纳米腔结构（ATRM）实现了多项突破。首先是自适应热伪装，30-70 ℃范围内，8-14 μm探测波段辐射稳定（~100 W/m-2），与环境辐射对比度7%；5-8 μm非探测波段发射率可从0.83切换至0.29，兼顾散热与节能。其次是可见光兼容性，通过Ta2O5厚度调控实现多色外观，适配多样环境，且具备自清洁特性。最后是实用化优势，无需外部能量输入，结构简单易量产，成本低于光子晶体与超表面设计。该研究为宽温域自适应光-热调控提供了新思路，推动了相变材料在多波段兼容伪装中的实用化进程。