超薄金属纳米颗粒/丙烯酸树脂复合涂层的可见-红外兼容隐身性能建模与优化

本研究创新性地提出了一种基于金属纳米颗粒(NPs)与丙烯酸树脂(AR)复合的超薄涂层体系，通过Mie散射理论和蒙特卡洛光线追踪(MCRT)方法系统模拟了11种金属NPs（Ti、Cr等）在不同粒径(20-100nm)、体积分数(0.5%-5%)和涂层厚度(0.5-5μm)下的多光谱隐身性能。研究发现优化后的Ti NPs复合涂层（粒径50nm、体积分数2%、厚度1.5μm）可实现91.4%的可见光吸收率和0.19的低红外发射率，为空间卫星的多光谱兼容隐身技术提供了数据支撑。

　　

Highlight

不同金属NPs对可见光吸收的影响

11种金属分为过渡金属（Ti、Cr、Mn等）和贵金属（Cu、Ag、Au）两类。通过分析纳米颗粒尺寸在20-100nm范围内对吸收效率因子(Q_abs)的影响发现，过渡金属NPs在可见光波段（380-780nm）展现出独特的尺寸依赖性吸收特性，而贵金属NPs则表现出显著的局域表面等离子体共振(LSPR)效应。

关键参数优化机制

研究揭示了NPs尺寸、体积分数(f_v)和涂层厚度的协同调控规律：

• 粒径50nm的Ti NPs可实现最大LSPR增强

• 2%体积分数达到渗透阈值时形成最优散射网络

• 1.5μm涂层厚度平衡了光子吸收路径与红外反射需求

结论

该超薄复合涂层体系通过精确调控金属NPs参数，首次实现了>90%可见光吸收与<0.2红外发射率的突破性兼容性能。这种"等离子体吸收-基体透射-基底反射"的多级光学调控策略，为空间装备的多光谱隐身、智能热管理和太阳能转换提供了创新解决方案。