变色龙涂料

“变色龙”涂料技术方案论证

一、问题的提出：

现代军用车辆、装甲车、坦克、舰艇以及各种移动军事目标都在大量使用伪装涂料，迷彩涂料是一种视觉性伪装涂料，成本较低，有一定伪装作用。近年来各国致力于研制功能性伪装涂料，如防雷达、防近红外隐身涂料。

本课题提出一种新概念视觉性伪装涂料——“变色龙”涂料，该涂料的颜色可以在1秒钟内变成车辆所在地的背景颜色，进入树林变成绿色，进入沙漠变成黄色，进入雪地变成白色，走在柏油路上变成黑色，走在水泥路上变成灰色。

“变色龙”涂料是一个涉及功能无机和有机高分子材料、电子计算机、光学、自动控制等多学科的复杂的系统工程。其基本构思和原理如下。

二、基本原理：

在军用目标上安装测色摄像头（电子眼），它能摄取周围景物的颜色，并转化成CIE国际色标的三个参数：L（明度，黑白），a（红绿），b（黄蓝）。该组数据代表某一个颜色，在计算机中寻找一组相近的L、a、b颜色，将被测颜色与储存颜色的三参数比较，ΔE2=ΔL2+Δa2+Δb2最小时即为所需颜色，该颜色可以由黑—白，红—绿，黄—蓝组成。

方案一：

采用电致变色材料可以实现颜色—电压可控变化，如液晶材料随电压的升高，逐渐由无色透明转化为黑色，若将液晶涂在白底上，就可以实现由白到灰到黑的渐变。

另外再选取由无色——红色、无色——绿色、无色——黄色、无色——蓝色的四种变色材料。

因此对应一组电压数据就有一个确定的颜色。

方案二：

另外还可以：用固定的红、黄、蓝三种涂层，在每一色层上加一层电致液晶材料，可以形象的比喻为“电子窗帘”，三层窗帘分别由三个电压独立控制由无色透明到黑色的变化，从而实现由红、黄、蓝的不同比例的混合，也能组合出任意颜色。

因为电致变黑的液晶材料比较成熟，我认为方案二更易于实现。

三、技术路线：

变色涂料：随着电压的提高，涂料的颜色从无色透明变化到有色，且色度随电压升高而加深。

方案一：

第一层涂料：无色——白色

第二层涂料：无色——红色

第三层涂料：无色——黄色

第四层涂料：无色——兰色

第五层涂料：无色——黑色

设电压从0逐渐变化到100，颜色从无色变到最大，计算机输出电压信号：

白色：100，0，0，0，0

红色：0，100，0，0，0

黄色：0，0，100，0，0

兰色：0，0，0，100，0

黑色：0，0，0，0，100

某中间色：010，050，020，015，005

也就是说，计算机输出一组电压信号，就能组合出任意颜色。

涂层的结构：

0、钢板底材

1、防锈底漆

2、透明绝缘漆

3、透明导电漆

4、变色涂料（无色——白色）

5、透明导电漆

6、透明绝缘漆

7、透明导电漆

8、变色涂料（无色——红色）

9、透明导电漆

10、透明绝缘漆

11、透明导电漆

12、变色涂料（无色——黄色）

13、透明导电漆

14、透明绝缘漆

15、透明导电漆

16、变色涂料（无色——蓝色）

17、透明导电漆

18、透明绝缘漆

19、透明导电漆

20、变色涂料（无色——黑色）

21、透明导电漆

22、透明绝缘漆

总共22层，若每层漆膜厚度为20微米，则总厚度为440微米。实际使用时有红、黄、蓝三种颜色进行组合已经能满足需要。因此有14层膜就够用。

方案二：

涂层的结构：

0、钢板底材

1、防锈底漆

2、红色漆

3、透明导电漆（阳极）

4、液晶涂料

5、透明导电漆（阴极）

6、黄色漆

7、透明导电漆（阳极）

8、液晶涂料

9、透明导电漆（阴极）

10、蓝色漆

11、透明导电漆（阳极）

12、变液晶涂料

13、透明导电漆（阴极）

14、罩面清漆

四、关键技术：

4.1 电致变色颜料：

分无机和有机两大类。在电场作用下，分子内的结构会发生变化，或分子间排列方式变化，或分子中的电子云密度发生变化，从而产生颜色变化。

无机电致变色涂料：如三氧化钨，电极是涂有透明导电薄膜的K-玻璃（SnO2：F）或铟锡氧化物玻璃（In2O3：SnO2）。工作电极上用真空镀膜工艺涂上一层氧化钨膜，另一个电极真空镀上LiV2O5。在两个电极之间放置含有锂离子的聚合物电解质。当电极间加上1.5V电压时，从聚合物中释放的锂离子在氧化钨电极上放电，然后溶解，当Li离子渗入氧化钨中时，变成兰色，颜色深浅依赖于Li离子渗入的浓度。

有机电致变色涂料：变色色素包括：

紫精Viologen：N，N’—四甲基对苯二胺，在阳极失去电子变成兰色。

4，4’—二吡啶翁类：

N，N’—二苄基联吡啶：无色变兰色。

N，N’—二苄基偶氮吡啶：无色变红色。

三—对甲氧基苯基胺：无色变蓝绿色。

氧化还原络合物：红紫色（—1.4V）变绿色（+1.2V）。

含氧杂环类：淡黄变暗绿（0.6V）。

4.2 酸碱指示剂：

将酸碱指示剂与电解质溶液混合，通电后电解质在阳极附近丢失电子，其PH值降低，而在阴极夺得电子PH 值提高，指示剂的颜色就会发生变化。

此类变色剂品种繁多，色谱齐全，在两个电极之间放置电解质，其中含有酸碱指示剂，在阳极电解质失去电子，酸性增加，在阴极电解质获得电子，碱性增加。因此指示剂在阴极或阳极会产生颜色变化。

利用酸碱指示剂制造变色龙涂料，成本最低，但该体系受空气湿度的影响较大，最外层的透明面漆应有很好的抗水气渗透性。

4.3 电致液晶材料：

将液晶材料置于电场中，随着电压的提高，由无色透明逐渐转变为黑色不透明，这种材料已被广泛用于计算机数字显示，技术比较成熟，我们只需选用就可。

透明导电涂料：

需要研制一种具有优异的光学透明性，耐黄变性导电高分子膜，目前的共轭导电高分子价格高，难溶解，易变黄，易老化，性脆易裂，一般带颜色。而复合型导电高分子不透明。参杂型离子高分子，干燥的高分子固体电解质中，离子迁移是困难的，因而是绝缘体。

如甲基丙烯酸钠盐，在干态时导电率很低，但只是作为一种充放电的电容器使用，实际上电流很小，电阻损耗微小，也许能满足要求，需通过实验验证。

高离子电导聚合物：

1975年，P．V．Wright发现聚氧乙烯与碱金属盐复合体具有导电性，标志着高离子导电聚合物问世。

聚氧乙烯（PEO）玻璃化温度较低，极性较强，具有拟溶剂化作用，加入碱金属盐形成复合物，它在干燥状态下碱金属离子仍有较高的迁移率。易于制得透明导电膜。

表1 聚醚盐复合膜的电导率