近日，武汉纺织大学、纺织新材料与先进加工全国重点实验室的徐卫林院士、万骏教授，与华中科技大学姚永刚教授合作，在Nature Communications上发表了题为“Thermally stable 2D YMnO3 enabling blue visible camouflage with mid-infrared transparency”的论文。朱梓源为论文第一作者，武汉纺织大学为第一完成单位。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75174-7
随着航空航天装备、高超声速飞行器及未来智能隐身平台的快速发展，如何同时实现可见光伪装与红外隐身，已成为光学材料领域的重要科学问题。传统隐身材料大多侧重于单一波段调控，例如通过颜料实现可见光颜色匹配，或依赖低发射率金属涂层降低中红外辐射。然而，实际应用往往要求材料同时兼具可见光外观设计、红外热辐射调控以及高温服役稳定性。特别是在蓝天、海洋及极地等典型背景环境中，蓝色可见伪装对于降低目标可见探测概率具有重要意义，而中红外透明材料则能够充分利用基底低发射率特性，实现热辐射调控与红外隐身。因此，构建兼具蓝色外观与中红外透明特性的功能材料，不仅能够突破传统单波段光学调控的局限，也为未来多光谱协同隐身、高温防护及航空航天光学器件提供了新的材料基础。然而，实现蓝色可见伪装与中红外透明长期以来始终存在难以突破的物理耦合瓶颈。蓝色通常来源于局域电子跃迁及由极性晶格畸变诱导的可见光选择性吸收，而相同的长程库仑相互作用又会增强晶格极化效应，提高Born有效电荷和纵横光学声子分裂，最终形成强烈的Reststrahlen反射带，大幅削弱材料的中红外透过能力。这意味着产生蓝色所依赖的电子—晶格相互作用往往同时导致中红外高反射，使颜色形成机制与中红外透明性能天然耦合。现有研究主要依赖薄膜干涉、微纳结构设计或多层复合体系实现有限的光谱调控，不仅制备复杂，而且难以兼顾宽波段中红外透明、高温稳定性及工程可制造性。更重要的是，目前对于如何从晶格振动本质出发，在保持蓝色电子跃迁的同时削弱中红外极性晶格响应，仍缺乏统一而清晰的结构设计理论。因此，从材料本征晶格动力学角度重新理解可见颜色与中红外光学响应之间的内在联系，并建立能够实现二者解耦的新机制，已成为多光谱光学材料领域亟待解决的重要科学问题。
该论文面向航空航天多光谱隐身与高温光学防护需求，聚焦蓝色可见伪装与中红外透明难以兼容的关键科学问题，提出了基于二维YMnO3晶格结构调控的光谱解耦策略。研究发现，二维化结构能够削弱长程极性晶格响应，降低纵横光学声子分裂和Reststrahlen反射效应；同时，Y-O和Mn-O局域键合单元提供较强短程恢复力，使材料在保持蓝色可见吸收特征的同时实现优异中红外透明性。进一步通过微波热冲击合成获得高结晶二维YMnO3纳米片，并构筑蓝色中红外透明涂层，实现了可见蓝色伪装、低中红外热显现和高温稳定性的协同统一。该工作从晶格动力学与二维结构调控角度揭示了颜色形成与中红外响应之间的解耦机制，为发展面向航空航天、红外隐身及高温光学窗口的新型多光谱功能材料提供了重要思路。
（1）蓝色可见伪装与中红外透明的本征矛盾及二维结构解耦机制
图1从物理机制层面阐明了蓝色可见颜色与中红外透明之间长期难以兼容的本征矛盾，并提出二维YMnO3实现光谱解耦的核心设计思路。对于常规极性氧化物而言，蓝色可见吸收通常与局域电荷中心偏移、金属–氧配位畸变及电子跃迁密切相关，但这种极性晶格响应同时会增强Born有效电荷和长程库仑相互作用，导致纵光学声子与横光学声子之间的频率分裂增大，并在中红外区域形成强烈Reststrahlen反射带，从而降低材料的中红外透过性。也就是说，颜色产生所依赖的电子—晶格耦合往往会同步放大红外声子响应，使传统蓝色无机材料难以兼具红外透明特征。针对这一问题，图1进一步提出两条互补的结构调控路径：一方面，二维层状结构能够削弱面外方向长程极化电场，降低极性声子对中红外光的集体响应，从而减小LO–TO分裂并削弱Reststrahlen反射；另一方面，Y–O和Mn–O局域键合单元形成较高短程恢复力常数，使局域势能曲率增大、TO声子硬化，并降低热振动位移幅度，从晶格动力学上压制中红外吸收与反射。由此，二维YMnO3并不是简单依靠薄层厚度降低红外遮挡，而是通过“长程极化削弱”和“短程键合增强”的协同作用，在保留蓝色可见吸收的同时降低极性晶格对中红外波段的响应，为实现蓝色可见伪装与中红外透明的统一提供了明确的结构设计原则。
图1 二维YMnO3实现蓝色可见伪装与中红外透明解耦的结构设计原理及晶格动力学机制示意图。
（2）二维YMnO3纳米片的快速合成与多尺度结构验证
图2系统展示了二维YMnO3纳米片的微波冲击合成方法及其从形貌、晶体结构到局域配位环境的多尺度表征结果，为后续光学性能与机制分析提供了坚实的材料基础。该研究采用快速微波辅助策略实现YMnO3二维纳米片的高效制备，相比传统高温固相或长时间溶液合成方法，该过程更有利于在短时间内诱导高结晶氧化物的快速成核与各向异性生长。TEM结果清晰显示所得产物具有片层状二维形貌，HRTEM与SAED进一步证实其具备良好的晶格有序性和六方晶体结构，说明微波冲击并未造成明显晶格无序或非晶化。Rietveld精修XRD结果从整体晶体学尺度验证了YMnO3主体相结构，而FTIR中Y–O和Mn–O相关伸缩及弯曲振动峰则进一步证明了稳定金属–氧骨架的形成。更重要的是，Mn K边XANES、EXAFS及WT-EXAFS对二维与块体YMnO3的局域电子结构和配位环境进行了对比分析，揭示二维化后Mn中心周围的Mn–O第一配位壳层及Mn–Mn散射贡献发生可辨识调控，表明材料并非简单形貌缩小，而是伴随局域键合环境与晶格动力学响应的改变。这些证据共同证明，微波冲击合成获得的二维YMnO3同时具备高结晶性、稳定六方骨架和调控后的局域配位结构，为削弱长程极化响应、增强短程键合恢复力并最终实现蓝色可见伪装与中红外透明协同提供了关键结构依据。
图2 微波热冲击法制备二维YMnO3纳米片及其晶体结构和局域配位环境的多尺度表征。
（3）二维YMnO3的宽光谱光学响应及中红外热辐射性能验证
图3系统验证了二维YMnO3涂层在可见—中红外宽波段的光学响应及其热辐射调控能力，进一步证明了二维结构设计能够有效实现蓝色可见伪装与中红外透明的协同统一。光谱测试结果表明，二维YMnO3在可见光区域保持稳定的蓝色光学特征，同时在中红外波段表现出优异的透过能力，使低发射率金属基底能够充分发挥自身的红外反射优势，从而显著降低体系整体热辐射。为验证其实际应用效果，研究分别将二维YMnO3涂覆于玻璃、硅片及低发射率不锈钢（SLS）等不同基底表面，红外热成像结果显示，仅在低发射率基底上才能获得明显的低红外热显现效果，进一步证明该材料本身并非依靠降低发射率实现红外隐身，而是通过优异的中红外透明性保留基底原有的热辐射特征。此外，将二维YMnO3涂覆于聚乙烯薄膜并覆盖于人体皮肤表面后，红外图像仍能够真实反映人体热辐射信息，进一步验证其宽波段中红外透明性能。随后，研究系统考察了膜厚对热辐射行为的影响，结果表明即使随着膜层厚度增加，二维YMnO3仍能够保持较低的表观辐射温度，说明其具有良好的厚度容忍性。更重要的是，在100 ℃连续加热8 h以及900 ℃长时间高温退火后，二维YMnO3涂层仍保持稳定的红外热辐射特性，而商业蓝色颜料则发生明显性能衰减，充分体现了其优异的耐高温稳定性。上述结果表明，二维YMnO3不仅实现了蓝色外观与中红外透明性的兼容，还兼具长期热稳定性和工程应用可靠性，为航空航天高温环境下多光谱隐身材料的发展提供了重要支撑。
图3 二维YMnO3涂层的宽光谱光学性能、中红外透明特性及高温热辐射稳定性验证。
（4）Y/Mn比例调控的蓝色外观演变及光谱性能关联
图4进一步揭示了Y–Mn–O体系中前驱体比例对蓝色外观、相结构演变及宽波段光学响应的调控规律，为理解YMnO3蓝色形成机制和性能优化提供了组成维度的证据。随着Y/Mn前驱体比例变化，所得薄膜呈现出由浅蓝到深蓝的颜色差异，说明Mn相关电子跃迁和局域配位环境是决定可见光选择性吸收的关键因素。UV-vis反射光谱及Kubelka–Munk函数分析进一步表明，不同Mn含量会显著改变可见光区域的吸收强度和反射特征，从而调节蓝色饱和度与明度；CIE 1931色度坐标则将这种颜色变化进行定量化表达，直观展示了组分调控对蓝色伪装窗口的可设计性。与此同时，XRD及Rietveld精修结果表明，随着前驱体比例变化，体系中YMnO3主体相及可能伴随的Y–Mn–O相关相组分发生演变，28–32°区域的特征峰变化和精修相分数进一步揭示了相结构对颜色与红外响应的协同影响。红外热成像结果显示，不同Mn比例薄膜的表观辐射温度存在明显差异，说明组分不仅影响可见颜色，也会通过调控晶体相、金属–氧键合和红外声子响应改变中红外透明行为。进一步结合UV-vis-NIR与MIR反射光谱可以看出，合适的Mn含量能够在增强蓝色可见吸收的同时避免过强的中红外反射，从而实现颜色表现与红外透明之间的平衡。由此，证明二维YMnO3的多光谱性能并非偶然结果，而是可通过前驱体比例、相组成和局域电子—晶格结构进行系统调控，为后续面向不同应用背景的蓝色伪装涂层设计提供了可扩展的材料优化路径。
图4 前驱体Y/Mn比例调控二维YMnO3蓝色外观及可见—中红外光学响应的关联规律。
（5）面向航空航天的双波段伪装应用与高温服役验证
图5进一步将二维YMnO3的基础光谱机制拓展到航空航天应用场景，验证其在蓝色可见伪装、中红外低热显现和高温环境稳定性方面的综合优势。该图首先提出一种面向飞行器金属蒙皮的双波段伪装设计思路，即利用二维YMnO3自身的蓝色外观实现可见光背景匹配，同时依靠其中红外透明特性，使下方高红外反射金属基底继续保持低有效发射率，从而降低红外探测中的热辐射暴露。与传统蓝色颜料或厚重红外涂层不同，该策略并不是通过牺牲红外透明性来获得颜色，而是在“蓝色吸收层”和“低发射率反射基底”之间建立功能分工，实现可见—红外双波段协同调控。乙醇火焰直接冲击实验进一步模拟高温极端环境，结果显示YMnO3涂层在短时和较长时间火焰暴露后仍能基本保持表面完整性和热辐射调控能力，仅出现轻微碳沉积，说明其无机氧化物骨架具有优异耐热性。通过对裸露表面、YMnO3涂覆表面和火焰处理后表面的照片及红外热成像对比可以看出，YMnO3涂层在保持蓝色外观的同时显著降低了表观红外温度，且经过火焰作用后仍保持较好的红外伪装效果。进一步的100–350 ℃热台测试表明，随着基底温度升高，未涂覆区域与YMnO3涂覆区域之间仍维持明显表观温差，证明该涂层在宽温区热环境下具有稳定低热显现能力。最后，图中提出的卷对卷碳热冲击焊接概念进一步展示了该材料面向大面积柔性复合片材制备和工程化红外伪装应用的潜力。整体而言，证明二维YMnO3不仅是一种具有新颖光谱解耦机制的模型材料，更具备面向航空航天多光谱隐身、高温防护和可规模化制造的实际应用价值。
图5 二维YMnO3在航空航天双波段伪装、高温耐受及工程化应用中的性能展示。
综上，该研究突破了传统蓝色无机材料可见颜色与中红外透明难以兼顾的固有瓶颈，提出了基于二维晶格结构调控实现光谱解耦的新策略。研究表明，通过削弱长程极性晶格响应并增强局域短程键合作用，可在保持蓝色可见伪装特性的同时显著提升中红外透明性能，从而建立了连接晶格动力学、电子结构与宽波段光学响应的统一机制。基于此，成功构筑了兼具蓝色外观、中红外透明、高温稳定性及工程适用性的二维YMnO3功能涂层，并在飞行器双波段伪装等应用场景中验证了其优异性能。展望未来，多光谱隐身材料的发展将进一步由单一波段调控迈向跨波段协同设计，从依赖经验材料筛选逐步转向基于晶格动力学与声子工程的本征结构设计。与此同时，二维氧化物与大面积制备工艺、高温防护体系及复杂装备表面的深度融合，也将推动此类材料在航空航天、先进装备、红外光学器件及智能伪装等领域实现更广泛的工程应用，为新一代多功能光学材料的发展提供新的理论基础和技术路径。
通讯作者简介：
万骏，武汉纺织大学特聘教授，化学与化工学院院长助理，应化系副主任。湖北省高层次人才、武汉市青年科技计划。2008~2017年在华中科技大学获化学工程与工艺学士、物理电子学博士学位，师从周军教授、王中林院士。2017~2019年在华中科技大学从事光学工程博士后，师从唐江教授。2023~2024年国家公派新加坡南洋理工大学访问学者，合作导师为Lee Seok Woo教授。现任纺织新材料与先进加工全国重点实验室徐卫林院士团队骨干成员。以微波热冲击技术合成电催化与功能纤维材料为核心，聚焦纤维降解、中红外热管理及月壤相关研究，承担团队月壤研究项目执行负责人之一。主持国家自科基金、省自科基金、省教育厅、国家重点实验室、企业合作等科研项目10余项。以第一及通讯作者在Nat. Commun., One Earth, Angew. Chem. Int. Ed., Matter&Light, Nano-Micro Lett.等期刊发表学术论文70余篇。主编国际专著3部，授权中国发明专利4件。担任新加坡Viser材料专家委员会委员、湖北省化学化工学会委员、市重点研发项目评审专家等，Nano-Micro Lett.、Carbon Energy、Exploration等多期刊青年编委。荣获Young Scientist Award、湖北省化学化工先进青年工作者、青年五四奖章、最美教师等。
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