Новое видение тепловизионных линз

Oct 30, 2023

Исследователи из Университета Флиндерса обнаружили новый недорогой материал, из которого можно сделать линзы для тепловидения, что указывает на новые передовые производственные возможности применения этой мощной технологии.

Тепловые и инфракрасные изображения используются во многих отраслях, включая оборону, безопасность и наблюдение, медицину, электротехнику, исследование космоса и эксплуатацию автономных транспортных средств, но необходимые материалы дороги, и их становится все труднее найти.

Необходимы более дешевые альтернативы, поэтому многопрофильная группа химиков и физиков из Университета Флиндерса разработала решение в виде совершенно нового полимерного материала, изготовленного из серы и циклопентадиена. Они говорят, что высокоэффективные полимеры обладают уникальной способностью передавать инфракрасный свет.

«Этот материал сочетает в себе высокие характеристики, низкую стоимость и эффективное производство», — говорит кандидат наук Сэм Тонкин, первый автор новой статьи в международном журнале Advanced Optical Materials.

«У него есть потенциал для расширения использования тепловидения в новых отраслях, которые ранее были ограничены высокой стоимостью германиевых или халькогенидных линз. Это быстро развивающаяся область, в которой в ближайшие несколько лет будут наблюдаться впечатляющие успехи», - говорит он.

Сера производится во многих миллионах тонн при переработке нефти. В геологических месторождениях имеются миллиарды тонн. Это много и дешево.

Циклопентадиен также получают из недорогих материалов, получаемых при переработке нефти.

Линзы, используемые для тепловидения, в настоящее время изготавливаются из германиевых или халькогенидных стекол. Германий – дефицитный элемент, и он очень дорогой. Некоторые германиевые линзы могут стоить тысячи долларов.

Халькогенидные стекла также имеют недостатки. Например, они часто состоят из токсичных элементов, таких как мышьяк или селен.

Соавтор доктор Ле Нхан Фам, исследователь в области вычислительной и физической химии из Университета Флиндерса, говорит, что совместная реакция серы и циклопентадиена позволяет получить черный пластик с высокой прозрачностью для инфракрасного света.

«Это свет, который обнаруживается тепловизионными камерами.

«Этот новый материал был разработан для широкого спектра потенциальных применений — от космической техники до военных операций, а также в гражданской и аэрокосмической промышленности». он говорит.

Из полимера можно формовать различные линзы, которые можно использовать, например, для увеличения изображения в тепловизионной камере. Поскольку полимер имеет черный цвет, его также можно использовать для сокрытия и защиты тепловизионного оборудования. Таким образом, полимер можно использовать в качестве камуфляжа, чтобы скрыть камеру, используемую для наблюдения.

Инфракрасный свет проходит через полимер, поэтому его можно увидеть с помощью инфракрасной камеры. Это свойство полезно для оборонных операций и наблюдения за дикой природой.

Полимер также имеет множество других особенностей:

В исследовании также сообщается о некоторых ключевых научных достижениях, в том числе:

Новый реактор был спроектирован для обеспечения ключевой реакции. Ключевой задачей была возможность использовать строительные блоки в газообразной форме. Ранее другие исследователи в этой области считали, что использование газообразных мономеров невозможно.

Исследование также включает в себя квантово-механические расчеты, чтобы понять, как и почему материал прозрачен для инфракрасного света, используемого в тепловидении. Эти идеи также будут полезны в будущем для разработки новых линз с улучшенными свойствами.

Статья Сэмюэля Дж. Тонкина, Ле Нхана Фама, Джейсона Р. Гаскука, Мартина Р. Джонстона, Мишель Л. Кут, Кристофера Т. Гибсона и Джастина «Тепловидение и тайное наблюдение с использованием недорогих полимеров с длинноволновой инфракрасной прозрачностью» (2023 г.) Публикации М. Чалкера были опубликованы в Advanced Optical Materials, ведущем журнале, специализирующемся на фундаментальных и прикладных исследованиях взаимодействия света и материи (Q1, импакт-фактор 10). DOI: 10.1002/adom.202300058

Благодарность: исследование финансировалось за счет стартового финансирования для начинающих исследователей Университета Флиндерса и Австралийского исследовательского совета (DP200100090 и FT220100054), присужденного будущему научному сотруднику профессору Джастину Чалкеру. Дополнительную поддержку квантово-механических расчетов также предоставил ARC профессору Мишель Кут (DP210100025).