Ny belægning skjuler temperaturændringer fra infrarøde kameraer

En ultratynd belægning udviklet af University of Wisconsin-Madisons ingeniører ophæver et allestedsnærværende fysikfænomen af ​​materialer relateret til termisk stråling:Jo varmere et objekt bliver, jo stærkere lyser det.

Den nye belægning - konstrueret af samarium nikkeloxid, et unikt materiale, der kan indstilles – bruger lidt temperaturtricks.

"Det er første gang, at temperatur og termisk lysemission er blevet afkoblet i en fast genstand. Vi byggede en belægning, der 'bryder' forholdet mellem temperatur og termisk stråling på en helt særlig måde, " siger Mikhail Kats, en UW-Madison professor i elektro- og computerteknik. "I bund og grund, der er et temperaturområde, inden for hvilket kraften af ​​den termiske stråling, der udsendes af vores belægning, forbliver den samme."

I øjeblikket, at temperaturområdet er ret lille, mellem cirka 105 og 135 grader Celsius. Med videreudvikling, imidlertid, Kats siger, at belægningen kan have anvendelse i varmeoverførsel, camouflage og, efterhånden som infrarøde kameraer bliver almindeligt tilgængelige for forbrugerne, selv i tøj for at beskytte folks personlige privatliv.

Kats, hans gruppemedlemmer, og deres samarbejdspartnere på UW-Madison, Purdue University, Harvard Universitet, Massachusetts Institute of Technology og Brookhaven National Laboratory offentliggjorde detaljer om fremskridtet i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Selve belægningen udsender en fast mængde termisk stråling uanset dens temperatur. Det skyldes, at dets emissivitet – i hvilken grad et givet materiale vil udsende lys ved en given temperatur – faktisk falder med temperaturen og ophæver dets iboende stråling, siger Alireza Shahsafi, en ph.d.-studerende i Kats' laboratorium og en af ​​studiets hovedforfattere.

"Vi kan forestille os en fremtid, hvor infrarød billeddannelse er meget mere almindelig, negativ indvirkning på privatlivets fred, " siger Shahsafi. "Hvis vi kunne dække ydersiden af ​​tøj eller endda et køretøj med en belægning af denne type, et infrarødt kamera ville have sværere ved at skelne, hvad der er nedenunder. Se det som et infrarødt privatlivsskjold. Effekten afhænger af ændringer i de optiske egenskaber af vores belægning på grund af en temperaturændring. Dermed, den termiske stråling af overfladen ændres dramatisk og kan forvirre et infrarødt kamera."

I laboratoriet, Shahsafi og andre medlemmer af Kats' gruppe demonstrerede belægningens effektivitet. De suspenderede to prøver - et belagt stykke safir og et referencestykke uden belægning - fra en varmelegeme, så en del af hver prøve rørte varmelegemet, og resten blev suspenderet i meget køligere luft. Da de så hver prøve med et infrarødt kamera, de så en tydelig temperaturgradient på referencesafiren, fra dyb blå til pink, rød, orange og næsten hvid, mens den belagte safirs termiske billede forblev stort set ensartet.

En teamindsats var afgørende for projektets succes. Purdue-samarbejdspartner Shriram Ramanathans gruppe syntetiserede samarium-nikkeloxidet og udførte detaljeret materialekarakterisering. Kolleger ved MIT og ved Brookhaven National Laboratory brugte det skarpe lys fra en partikelaccelererende synkrotron til at studere belægningens opførsel på atomniveau.