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美开发伪装材料让红外热像仪成摆设

行业聚焦点中国仪表网2014年05月19日 11:11人气:4682


 
  在伸手不见五指的房间里看到人或动物,在千米之外发现隐藏在密林中的敌人……这本是红外热像仪引以为豪的独门绝技,而如今也有了破解之法。日前据外媒报道,美国哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)开发出一种能够在红外热成像仪前掩饰自己实际温度的主动伪装材料。
  
  矛与盾
  
  近年来,红外线热成像技术获得了长足的发展,尤其是在军事领域的应用更是达到了让对手无处可藏的地步:不少步枪配备的热成像仪的可见距离已经超过了1000米,有些坦克和装甲车的热瞄准具的可见距离甚至超过了3000米。在小型化上,不久前美国科学家还开发出了一种只有指甲盖大小的红外线图像传感器,由于体积小、重量轻,它甚至能够集成到隐形眼镜或手机当中。这让不少人惊呼如今连热量这点隐私都保不住了。
  
  由哈佛大学开发出的这种神奇的伪装材料有望改变这一切。在实验中,研究人员首先在一块金属板上刷上了这种涂层,然后通过红外摄像机观察其被加热后的反应。当样品被加热后最初的反应和普通材料相比并无太大差异:60摄氏度时,涂层在红外相机下呈现蓝绿色;70摄氏度时呈现红色和黄色;当温度达到74摄氏度时,它呈现出深红色。但之后让人惊讶的事情发生了,随着温度的继续上升,热辐射值却开始暴跌。当温度上升到80摄氏度时,涂层在红外相机中呈现蓝色,与其在被加热到60摄氏度时出现的颜色类似。而在实际温度为85摄氏度时,它看起来竟然更冷。此外,研究人员发现,这种神奇的效果还是可逆的,能重复的,在尝试许多次后仍然有效。
  
  纯与杂
  
  该技术的关键在于一种非常薄的钒氧化物薄膜,这种材料的特殊性在于当到达特定温度时,它的电子会发生戏剧性变化,材料的导电性能也会随之改变。在室温下,纯钒氧化物是绝缘的,而温度稍稍升高后,它会与金属一样具有导电性。在这个转化过程当中,其光学特征也会发生变化,随着温度的变化,发出不同颜色的光。红外伪装只是其众多技能中的一种。
  
  钒氧化物能从绝缘体转化为金属这一现象,早在1959年就已经得到了科学家的确认。然而,这种材料很难处理,在加热后其中的晶体会发生膨胀,过度的应力往往会使材料出现大量的裂纹,并最终导致样品粉碎。新研究中,科学家们借助一项新技术,制成了极为纯净的氧化钒薄膜,稳定性极好,从而让上述实验成为可能。
  
  研究人员还发现,只要在纯净的样品中掺入杂质就能人为控制其光学特征,根据参入物质数量和成分的不同,其光学表现也各有不同。这就为这种材料的应用提供了极大的想象空间。例如,在纯净的氧化钒中掺入钨,这种涂层的转化温度就可以降低到室温范围以内,随着温度的上升,热辐射的伪装效果也会更加明显。
  
  虚与实
  
  如果在汽车上涂上这种氧化钒伪装,就能使其像变色龙一样根据环境改变自己的红外形象,从红外摄像机中看起来就如同隐身了一样。其伪装效果远远超过了目前所使用的红外伪装材料。
  
  此外,该技术还可以用于战场上的机密通讯,用特定的温度产生的红外反应传递信息,该材料可被设计为运行在特定的红外波长,让许多单独的士兵同时使用。哈佛大学应用物理学与文顿·海斯电气工程高级研究小组首席联合研究员费德里科·卡帕索和罗伯特·华莱士教授预测,只需经过小小的调整就可以将其变成一种热伪装材料或者作为一种加密航标,让士兵在战场上确定相互的位置和进行保密通讯。
  
  由于热辐射携带热量,类似的效果可以用于建筑或卫星的快速加热或散热上。哈佛的研究小组另一项重要贡献是,发现了氧化钒纳米结构随着温度的升高呈现一种独特的可调节性,能用于抑制热辐射。
  
  卡帕索说:“要人为制造这样一种具有内三维结构的材料是极其困难的。大自然给了我们想要的,而且是免费的。通过使用这些大自然中的超材料并操纵它们为我所用,我们开辟了一个新的研究领域,一个全新的工作方向。根据这一特性我们能够设计出众多全新的设备和应用。”
(本文来源:科技日报转载请注明出处
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