红外波段分为近红外(1~3μm)、中红外(3~5μm、5~8μm)和远红外(8~14μm),不同波段具有不同的应用背景。其中近红外(1~3μm)主要针对1.06μm与1.54μm激光隐身,要求强吸收、低反射;中红外(3~5μm)主要针对高温红外隐身,要求低吸收、高反射(低发射率);中红外(5~8μm)要求高红外辐射(高发射率),以实现目标的辐射散热;远红外(8~14μm)主要针对常温红外隐身,要求低吸收、高反射(低发射率)。本文根据各波段特点展开研究:在8~14μm远红外大气窗口波段,基于树脂/片状金属复合涂层的微结构特征,引入一维光子结构相关理论,对上述低红外发射率复合涂层的相关理论问题进行了系统的研究;在1~3μm近红外波段,以Sm2O3为颜料,PU为粘合剂,制备得到了PU/Sm2O3复合涂层,系统表征了所制备涂层的近红外吸收性能与力学性能;在1~3μm近红外及8~14μm远红外波段,以青铜(bronze)粉、Al粉及Sm2O3为颜料,PU为粘合剂,制备得到了PU/(bronze&Sm2O3)及PU/(Al&Sm2O3)复合涂层,系统表征了所制备涂层的红外发射率、近红外吸收性能及力学性能;在3~14μm中远红外波段,以Ge及Zn S为高低折射率材料,设计并制备得到了在3~5μm、8~14μm及同时在3~5μm和8~14μm波段具有低发射率的三种Ge/Zn S一维光子结构,系统表征了所制备一维光子结构的微结构及法向光谱发射率。本文所得主要结论如下:(1)在8~14μm远红外大气窗口波段,建立了树脂/片状金属低红外发射率复合涂层最佳颜料含量模拟方法和红外发射率计算模型,以PU/Al、PU/bronze及PU/Ag三种树脂/片状金属复合涂层为研究对象,对上述方法和模型进行了实验验证,验证结果表明,三种涂层材料模拟值与实测值基本一致。树脂/片状金属复合涂层发射率随颜料含量呈“U”型变化规律主要是由涂层中一维光子结构的主反射峰中心波长随颜料含量增加所产生的蓝移现象引起的。随着颜料含量的增大,涂层中由一维光子结构引起的对红外辐射的反射率会由于反射峰的蓝移而产生先增大后减小的变化规律,从而导致发射率呈现先下降后升高的“U”型变化规律。树脂/片状金属复合涂层中片状金属颜料的定向对涂层的发射率具有重要影响,发射率会随着片状金属颜料定向角的增大而逐渐升高,当定向角为45o时发射率升至最高。采用不同厚度的片状Al粉复合,或以片状Al粉和片状青铜粉复合作为复合金属颜料可明显降低涂层的红外发射率。其原因在于复合金属颜料可使涂层中由一维光子结构引起的反射光谱具有明显的多重反射峰,使涂层对红外辐射的总体反射率增大,进而使涂层发射率得到明显降低。(2)在1~3μm近红外波段,以Sm2O3为颜料,PU为粘合剂,制备得到了PU/Sm2O3复合涂层,系统表征了涂层的近红外吸收性能与力学性能。Sm2O3的存在可使涂层具备对1.06μm与1.54μm近红外光的强吸收性能,PU的存在可使涂层表现出优越的力学性能。随Sm2O3含量及涂层厚度的增加,涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的吸收能力明显增强、反射率明显降低。当Sm2O3含量为40 wt%,涂层厚度为90~100μm时,涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的反射率可分别低至58.7%和34.7%,随后趋于稳定。同时涂层具备良好的力学性能,涂层硬度可达5 H,附着力可达1级,柔韧性可达2 mm,耐冲击强度可达40 kg·cm。(3)在1~3μm近红外及8~14μm远红外波段,以青铜粉、Al粉及Sm2O3为颜料,PU为粘合剂,制备得到了PU/(bronze&Sm2O3)及PU/(Al&Sm2O3)复合涂层。系统表征了涂层的红外发射率、近红外吸收性能及力学性能。金属粉的存在可使涂层具备低红外发射率性能,Sm2O3的存在可使涂层具备对1.06μm与1.54μm近红外光的低反射性能,PU的存在可使涂层表现出优越的力学性能。随金属粉与Sm2O3质量比的增加,涂层中金属粉含量增加,Sm2O3含量降低,涂层导电性升高,发射率降低,同时对近红外光的吸收能力下降,使涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的反射率增加。另外,当涂层中总颜料含量固定时,PU/(bronze&Sm2O3)复合涂层的力学性能对不同青铜粉与Sm2O3质量比并不敏感,在不同质量比下均具有良好的力学性能。而PU/(Al&Sm2O3)复合涂层的柔韧性受不同Al粉和Sm2O3质量比影响较为明显,其值可在2mm~5 mm范围内进行调节。(4)在3~14μm中远红外波段,从理论上分析了膜系材料的折射率差及周期数对一维光子结构红外发射率的影响规律,设计并制备得到了在3~5μm、8~14μm及同时在3~5μm和8~14μm波段具有低发射率的三种Ge/Zn S一维光子结构。研究发现膜系材料的折射率差越大,发射率越低,随周期数增加,发射率降低明显,达到5周期后趋于稳定。所制备的3~5μm和8~14μm低发射率Ge/Zn S一维光子结构的发射率可分别低至0.052和0.195,表明并非只有高导电性贵金属薄膜具有低于0.1以下的超低红外发射率,采用Ge、Zn S等半导体材料,通过合理的一维光子结构设计同样可以获得低于0.1以下的超低红外发射率。所制备的Ge/Zn S一维异质结光子结构具有明显的红外光谱选择性低发射率特性,在3~5μm和8~14μm大气窗口波段的平均发射率可分别低至0.046和0.190,而在5~8μm非大气窗口波段的平均发射率则高至0.579,高低发射率差异可达12倍以上。