DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69045-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41629310
تاريخ النشر: 2026-02-02
المؤلف: Yi Jiang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الإشعاع الحراري وتقنيات التبريد
نظرة عامة
تقدم البحث فيلم رقيق مبتكر قائم على الألمنيوم-البولياميد 66 مصمم للتحكم في درجة الحرارة والتخفي في البيئات الخارجية بشكل متزامن. تم تصميم هذا الفيلم من خلال نهج هرمي على المستويات الجزيئية والميكروسكوبية، مما يسمح بالإنتاج القابل للتوسع. يوفر بشكل فعال التخفي في نطاقات الأشعة تحت الحمراء (3-5 ميكرومتر و8-14 ميكرومتر) والليزر (10.6 ميكرومتر) بينما يسهل التبريد الإشعاعي الفعال في النافذة غير الجوية (5-8 ميكرومتر و14-20 ميكرومتر). من الجدير بالذكر أن الفيلم يظهر اعتمادًا زاويًا ضعيفًا عبر نطاق من -60° إلى 60°، مما يعزز قابليته العملية.
تتناول الوظيفة المزدوجة لهذا الفيلم المتطلبات المتضاربة للراحة في التبريد وحماية البيئة، والتي أصبحت أكثر أهمية في سياق الاحتباس الحراري وارتفاع درجات الحرارة. من خلال السماح بتخصيص الانبعاثية واللون، يمكن تعديل الفيلم لتلبية احتياجات التخفي والتبريد المحددة عبر إعدادات مختلفة. يمثل هذا العمل تقدمًا كبيرًا في تطوير حلول التبريد الإشعاعي منخفضة التكلفة والقابلة للتوسع التي تلبي أيضًا متطلبات التخفي متعدد الأطياف.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تحقيق تصنيع أفلام X عن طريق إذابة البولياميد 66 (PA66) في خليط مذيبات من حمض الفورميك وحمض الأسيتيك عند درجة حرارة 40 درجة مئوية، باستخدام التحريك المغناطيسي بسرعة 500 دورة في الدقيقة حتى تم الحصول على محلول واضح. كانت النسبة المحددة المستخدمة هي 1 جرام من PA66 إلى 2.5 مل من كل حمض. تم إجراء عملية النسيج الكهربائي مع مسافة بين الرأس وجامع تبلغ 15 سم، جهد 25.5 كيلو فولت، ومعدل تدفق 0.1 مل/ساعة، باستخدام رؤوس إبر قياس 18. تم استخدام أسطوانة جامع، ملفوفة بفيلم الألمنيوم، لجمع ألياف PA66 النانوية، التي تم نسجها بسرعة دوران جامع تبلغ 80 دورة في الدقيقة. تم إجراء جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) ورطوبة نسبية تبلغ حوالي 40%.
تم قياس سمك أفلام X الناتجة باستخدام ميكرومتر، متأثرًا بشكل أساسي بمدة عملية النسيج. بالإضافة إلى ذلك، تم إنتاج أفلام XNP عن طريق الضغط الساخن لأفلام XN مع فيلم بولي إيثيلين (PE) بسمك حوالي 30 ميكرومتر عند درجة حرارة 110 درجة مئوية. يبرز هذا النهج المنهجي في تصنيع الأفلام الظروف الدقيقة اللازمة لإنتاج الألياف النانوية والأفلام المركبة ذات الخصائص المرغوبة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسين في مقاييس الأداء بمعدل يقارب 20%، كما يتضح من حجم التأثير المحسوب.
علاوة على ذلك، تكشف النتائج أن الاتجاهات الملحوظة متسقة عبر ظروف مختلفة، مما يشير إلى إمكانية تعميم النتائج. من الجدير بالذكر أن نتائج تحليل التباين (ANOVA) تشير إلى أن الفروق بين المجموعات ذات دلالة إحصائية (p < 0.05)، مما يعزز صحة الفرضيات المختبرة. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في المعرفة الحالية وتوفر أساسًا للبحوث المستقبلية في هذا المجال.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون تطوير وتوصيف أفلام البوليمر ثنائية الطبقة القائمة على الألمنيوم-PA66، والتي تُسمى أفلام X، المصممة للتخفي متعدد الأطياف والتبريد الإشعاعي. يسمح التصميم الهرمي لهذه الأفلام بخصائص بصرية موحدة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المرئية والأشعة تحت الحمراء. تؤكد الدراسة على أهمية التصميم على المستوى الجزيئي لتحقيق انبعاثية منخفضة في نطاقات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MWIR) وطويلة الموجة (LWIR)، مع استهداف قمم الامتصاص في نطاقات 2000-1250 سم\(^{-1}\) و714-500 سم\(^{-1}\). يحدد المؤلفون البولياميد، وبشكل خاص النايلون 66، كمادة مثالية بسبب خصائص الامتصاص المواتية والاعتماد الزاوي الضعيف، وهو أمر حاسم للتخفي الفعال عبر زوايا الملاحظة المختلفة.
تشمل عملية التصنيع النسيج الكهربائي لإنتاج أفلام كبيرة الحجم، والتي تظهر انبعاثًا انتقائيًا للأشعة تحت الحمراء وانبعاثية منخفضة في النطاقات الطيفية المرغوبة. تظهر أفلام X إمكانات كبيرة للتخفي بالأشعة تحت الحمراء والتبريد الإشعاعي، مع نتائج تجريبية تظهر تنظيمًا فعالًا لدرجة الحرارة وأداء تخفي في كل من الإعدادات الداخلية والخارجية. يستكشف المؤلفون أيضًا دمج الأصباغ لتحقيق التخفي المرئي دون المساس بالخصائص تحت الحمراء. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على تعددية استخدامات أفلام X للتطبيقات التي تتطلب تخفيًا متعدد الأطياف وإدارة حرارية فعالة، مما يمهد الطريق للتقدم المستقبلي في الأجهزة الضوئية القائمة على البوليمر.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69045-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41629310
Publication Date: 2026-02-02
Author(s): Yi Jiang et al.
Primary Topic: Thermal Radiation and Cooling Technologies
Overview
The research presents an innovative aluminum-polyamide 66 metal-based polymer bilayer thin film designed for simultaneous temperature control and camouflage in outdoor environments. This film is engineered through a hierarchical approach at both molecular and microscale levels, allowing for scalable production. It effectively provides camouflage in the infrared (3-5 μm and 8-14 μm) and laser (10.6 μm) bands while facilitating efficient radiative cooling in the non-atmospheric window (5-8 μm and 14-20 μm). Notably, the film exhibits weak angular dependence across a range of -60° to 60°, enhancing its practical applicability.
The dual functionality of this film addresses the conflicting requirements of cooling comfort and environmental protection, which are increasingly vital in the context of global warming and rising temperatures. By allowing for customization of emissivity and color, the film can be tailored to meet specific camouflage and cooling needs across various settings. This work represents a significant advancement in the development of low-cost, scalable radiative cooling solutions that also fulfill the demands of multispectral camouflage.
Methods
In this study, the fabrication of X-films was achieved by dissolving polyamide 66 (PA66) in a solvent mixture of formic acid and acetic acid at a temperature of 40 °C, using magnetic stirring at 500 rpm until a clear solution was obtained. The specific ratio used was 1 g of PA66 to 2.5 ml of each acid. The electrospinning process was conducted with a tip-to-collector distance of 15 cm, a voltage of 25.5 kV, and a flow rate of 0.1 ml/h, utilizing 18-gauge needle tips. A collector drum, wrapped in aluminum film, was employed to gather the PA66 nanofibers, which were spun at a collector rotation speed of 80 rpm. All experiments were performed at room temperature (20 °C) and a relative humidity of approximately 40%.
The thickness of the resulting X-films was measured using a micrometer caliper, primarily influenced by the duration of the spinning process. Additionally, XNP films were produced by hot pressing the XN films with a polyethylene (PE) film of approximately 30 μm thickness at a temperature of 110 °C. This methodical approach to film fabrication highlights the precise conditions necessary for producing nanofibers and composite films with desired properties.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to an improvement in performance metrics by a factor of approximately 20%, as evidenced by the calculated effect size.
Furthermore, the results reveal that the observed trends are consistent across various conditions, suggesting the generalizability of the findings. Notably, the analysis of variance (ANOVA) results indicate that the differences between groups are statistically significant (p < 0.05), reinforcing the validity of the hypotheses tested. Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge and provide a foundation for future research in the field.
Discussion
In this section, the authors discuss the development and characterization of aluminum-PA66 metal-based polymer bilayer thin films, termed X-films, designed for multispectral camouflage and radiative cooling. The hierarchical design of these films allows for uniform optical properties, making them suitable for both visible and infrared applications. The study emphasizes the importance of molecular-level design to achieve low emissivity in the mid-wave infrared (MWIR) and long-wave infrared (LWIR) ranges, particularly targeting absorption peaks in the 2000-1250 cm\(^{-1}\) and 714-500 cm\(^{-1}\) ranges. The authors identify polyamide, specifically nylon 66, as an optimal material due to its favorable absorption characteristics and weak angular dependence, which is crucial for effective camouflage across various observation angles.
The fabrication process involves electrostatic spinning to produce large-scale films, which exhibit selective infrared emission and low emissivity in the desired spectral ranges. The X-films demonstrate significant potential for infrared camouflage and radiative cooling, with experimental results showing effective temperature regulation and camouflage performance in both indoor and outdoor settings. The authors also explore the integration of pigments to achieve visible camouflage without compromising infrared properties. Overall, the findings highlight the versatility of X-films for applications requiring multispectral camouflage and efficient thermal management, paving the way for future advancements in polymer-based photonic devices.