自然界中无处不在的 □□ 现象激发和促进了现代 □□ 技术的发展。近年来，跨频段工作的探测器的组合使用对单一波段工作的 □□ 技术构成了严重的危险，人们对先进的多光谱 □□ 技术产生了迫切的需求。然而，由于不同波长的热性能要求不同甚至不兼容，实现多光谱 □□ 仍然极具挑战性。得益于微 / 纳米制造技术，各种能够精确操控电磁波的光子结构应运而生，并且它们已经成功应用于多光谱 □□ 。结合课题组内的研究方向与内容，本工作对多光谱 □□ 技术中光子工程结构进行了系统的综述，在阐明光谱检测原理及多光谱 □□ 需求基础上，从静态和动态的角度出发梳理和总结了不同类型光子结构在多光谱 □□ 中的设计原理、最新进展和实际应用，并探讨光子结构在多光谱 □□ 技术未来发展的挑战与前景。该工作以 Photonic structures in multispectral camouflage: From static to dynamic technologies 为题发表在材料领域知名期刊 Materials Today ( )。论文第一作者为北京科技大学能源与环境工程学院硕士研究生程春云，通讯作者为北京科技大学能源与环境工程学院王存海副教授。北京科技大学化学与生物工程学院刘敬崇副教授、哈尔滨工业大学王富强教授为论文的共同通讯作者。
图1：多光谱□□中的光子结构，包括可见光-红外、雷达-红外及多波段的静态情景，以及动态多光谱情景。
图2：阶梯图用于展示多光谱□□中光子结构的演变历程：从单波段红外到静态多光谱、动态多光谱及未来发展方向。
图3：a)黑体在300 K至1100 K温度范围内的光谱强度（实线），其中太阳辐射的光谱辐照度（黄色区域）及大气透射光谱（蓝色区域）。b)理想多光谱兼容□□结构的吸收率/发射率（黑线）与反射率（棕线），以及若干相关光子型多光谱□□结构的光谱特性。
图4：用于可见-红外兼容□□的光子结构：a)纳米多层光子薄膜的结构示意图（左）及其反射率光谱（右）。b) Ge/ZnS多层结构示意图（左）、设计的结构在CIE1931色度空间中的颜色范围与分布（中）以及样品在不同入射角下的发射率光谱测量结果（右）。c)多孔纳米复合薄膜结构的示意图（左）及其在可见光至红外波段的□□性能展示（右）。d)介质-半金属-介质-金属薄膜结构示意图（左）、制备样品的可见光图像（右上）与红外热成像图（右下）。e) ITO/ZnS/ITO/ZnS光子多层结构示意图（左插图）；单层ITO（黑色）、ZnS（红色）、样品1（ITO/ZnS/ITO/ZnS复合薄膜，蓝色）与样品2（ITO/ZnS/ITO/ZnS复合薄膜，绿色）的可见光透射率对比（左图）；样品1和2的模拟与实验测量发射率光谱（右图）。f)实验测得的金属/介质/金属（M/D/M）可见光光谱透射率（红色曲线，左图，插图展示透明结构示意图和可见光图像），及光谱辐照度（右图）。g) ZnO/Ag/ZnO圆孔薄膜的结构示意图（左图）、及其可见光透射率（右上图）与红外热成像图（右下图）。h) MgF₂/Ag/MgF₂介质-金属-介质薄膜的结构示意图及可见光图像（左插图）、模拟（红色）与实测（蓝色）可见光透射率（左图）、模拟（红色）与实测（蓝色）红外波段发射率（右图）。
图5：用于激光-红外兼容□□的光子结构：a)异质掺杂一维光子晶体的结构示意图（左图）与反射光谱（右图）。b) Al₂O₃/ZnS/Ge/Ag/Fe₃O₄/Ag多层薄膜结构示意图（左图）、反射率（蓝色）与吸收率（棕色）光谱（右图）。c)带基底七层薄膜的实测（红色）与理论（黑色）反射光谱图、结构示意图（左插图）及场发射扫描电子显微镜图像。d)纳米光子金属/介质/金属（Al/SiO2/Al）谐振结构示意图（左图）及不同温度下实测光谱发射率（右图）。e) Ge/Ag/Ge多层圆孔谐振结构的示意图（左上）、截面图（左下）以及优化结构的红外吸收光谱（右图）。f)散射超表面的结构示意图（左），设计结构在近红外波段（积分反射与镜面反射）及中红外波段（积分反射）的实测反射光谱（右图）。g)低发射率朗伯表面结构示意图（左图）和所制样品在100至300°C的不同温度下的测量发射率（右图）。h)结合PDMS基底的纳米金/锗/钛/锗（Au/Ge/Ti/Ge）薄膜与光栅结构的示意图（插图）、0.9–1.7 μm与3–14 μm波段的实测镜面反射光谱（红线）与推导辐射光谱（黑线）。
图6：用于雷达-红外兼容□□的光子结构：a)复合结构示意图（左图）、红外选择性层（IRSL）的实测透射率曲线（中图）与红外热成像照片（中图插图），以及TE极化波在三个不同入射角下的模拟与实测吸收率对比（右图）。b) PFSS/SFMC分级结构示意图（左图）与反射损耗谱（右图）。c)柔性组装超材料结构示意图（左图）与分层超材料结构示意图（右插图），及其发射率光谱对比（右图）。d)可见光透明超材料结构示意图（左图）、实物照片（右插图）及TE模式下的模拟吸收光谱（右图）。e)高温多层超表面结构示意图（左图）、及其红外发射率与微波反射率特性（右图）。f)配备各向异性光栅的金属超表面结构示意图（左图）和不同温度下制造样品的RCS降低（右图）。g)双尺寸金属阵列层编码元表面示意图（左图），两个相邻晶胞之间的相位差（中图），13GHz处的散射模式（右上），及实验测量的样品红外发射率（右下）。h)具有双微波□□机制的光学透明超材料结构的示意图（左）和反射减少（右），对照(左)和样品（右）的热红外图像（右插图）。
图7：用于多波段□□的光子结构：a)分级VIS-IR-MW散射表面示意图（左图），分级散射表面（红）和低发射率平滑棋盘（黑）的RCSR情况，及制造样品的VIS和IR图像（右图）。b)分层超表面示意图（左图）和制造样品的多波段兼容□□性能（右图）。c)分层超表面示意图（左图）和不同厚度的顶部ZnS层下在MIR范围内的测量反射率（右图）。d)多层结构示意图（左图），以及样品和Cr参考的测量吸收光谱（0.3-14 μm）和发射光谱（3-14 μm）（右图）。e)具有光栅结构特征的多层光子结构示意图（左图）、Si层厚度分别为30 nm（样品A）与20 nm（样品B）的两个样品的可见光（VIS）图像（中图）及样品A的光谱辐射亮度曲线（右图）。f)金属-半导体-金属（MSM）结构的示意图与□□效果图（左图），及Ge层厚度为35 nm时MSM结构在近红外至长波红外（NIR-LWIR, 0.75–14 μm）波段的吸收光谱（右图）。射超表面的结构示意图（左），设计结构在近红外波段（积分反射与镜面反射）及中红外波段（积分反射）的实测反射光谱（右图）。
图8：自适应的红外热□□应用：a)基于VO2的多层腔耦合等离子体体系结构，用于自适应红外□□。b) GST薄膜相变驱动的GST-Au双层膜动态红外□□装置。c)基于石墨烯的自适应红外□□装置，通过调控多层石墨烯电极的发射率实现动态的调制。d)基于银电沉积的纳米级含铂薄膜动态热□□装置。
图9：动态多光谱□□应用中的光子结构：a)基于GST的多功能纳米结构薄膜的示意图（左图）和模拟发射率光谱（右图）。b)基于VO2的多层纳米结构示意图。c)基于IST的多层结构示意图（左图），以及不同比例c-GST的偏振平均发射率（右图）。d)基于多层石墨烯的动态多光谱□□装置的示意图和工作原理（左图），以及该装置在完全放电和充电时的可见光和红外图像（右图）。e)多层微流体膜结构示意图（左图）和三种主要微流体的吸收光谱（右图）。f)用于同步动态可见红外□□的三层复合薄膜结构。g)智能纺织品覆盖具有温度梯度物体的示意图（左图）以及制成的纺织品的可见光和红外图像（右图）。
小结：本工作对当前多光谱□□技术中光子结构的研究进展进行了系统梳理与解析。以静态多光谱□□体系（涵盖可见光-红外兼容、雷达-红外兼容及多波段兼容）和动态自适应□□体系为分类框架，对典型光子结构的光谱调控机理、功能特性和实际应用进行分析与讨论，并对比分析其设计范式与性能优势。该工作可为多光谱□□技术中光子结构的设计和应用提供指导。
论文信息：C. Cheng, J. Liu, F. Wang, C. Wang. Photonic structures in multispectral camouflage: From static to dynamic technologies. Materials Today, https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.02.016.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136970212500063X)
作者简介：王存海，北京科技大学副教授，北京市青年托举人才。主要研究方向为基于微纳结构的热辐射调控及其在多光谱隐身、辐射制冷、太阳能利用等领域的应用。以第一/通讯作者在Progress in Materials Science, Matter, Device, Nano Energy, Nano Letters, Applied Physics Letters, Optics Letters, Next Energy, Applied Energy, International Journal of Heat and Mass Transfer等学术期刊发表多篇论文。担任Science, Joule, Energy and Environmental Science等期刊审稿人。
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