目前,美國威斯康辛大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種由SmNiO3制成的超薄涂層,其在約30°C的范圍內(nèi),不管溫度如何,都會發(fā)出相同數(shù)量的熱輻射。這種與溫度無關(guān)的熱輻射將有希望用于控制物體對紅外(IR)攝像機(jī)的可見性。
大多數(shù)固體的熱量輻射功率隨溫度呈一對一單調(diào)增加的關(guān)系。但是,研究人員發(fā)現(xiàn),這種SmNiO3超薄的熱發(fā)射體會經(jīng)歷可逆的,溫度驅(qū)動的固態(tài)相變,從而改變了這種熱輻射與溫度的依賴關(guān)系。這種從絕緣體到金屬的相變使研究人員能夠設(shè)計發(fā)射率的溫度依賴性,以抵消由Stefan-Boltzmann定律描述的固有黑體輻射,包括加熱和冷卻過程。
Mikhail Kats教授說:“我們設(shè)計的涂層以非常特殊的方式打破了溫度與熱輻射之間的關(guān)系。在特定的一個溫度范圍內(nèi),我們的涂層發(fā)出的熱輻射功率保持不變?!蹦壳?,該溫度范圍很小,大約在105至135°C之間。但是,Kats認(rèn)為,隨著進(jìn)一步的研究,這個溫度范圍會進(jìn)一步擴(kuò)大,該涂層也可能會應(yīng)用于熱傳遞,偽裝以及隨著紅外熱像儀對消費(fèi)者的普及而應(yīng)用于服裝中,以保護(hù)人們的個人隱私。如果用這種類型的涂層覆蓋衣服的外面,甚至用與覆蓋車輛等,那么紅外攝像機(jī)將很難分辨下面的東西。
用長波紅外相機(jī)拍攝的這張照片由米哈伊爾·卡茨(Mikhail Kats)實驗室的研究人員顯示,在溫暖的區(qū)域(面部和身體)和涼爽的區(qū)域(桌子)上,顏色明顯不同。
本文的涂層設(shè)計可在長波段大氣透明窗口(波長8至14 μm)內(nèi),在大約30°C的溫度范圍內(nèi)(以120°C為中心)提供與溫度無關(guān)的熱發(fā)射功率。為了證明涂層的功效,研究人員從加熱器上懸掛了兩個樣品,一個是藍(lán)寶石涂層,另一個是沒有涂層的參考樣品。每個樣品的一部分與加熱器接觸,而其余部分則懸浮在冷空氣中。當(dāng)研究人員用紅外熱像儀觀察每個樣品時,他們在參考藍(lán)寶石上看到了明顯的溫度梯度,從深藍(lán)色到粉紅色,紅色,橙色和幾乎白色,而被涂層覆蓋的藍(lán)寶石的熱照片基本保持均勻。
對此工作做出貢獻(xiàn)的成員包括博士后學(xué)者Yuzhe Xiao和研究生Alireza Shahsafi,Zhaoning Yu,Jad Salman,Wanghao Wan和Ray Wambold。
Kats和他的小組與普渡大學(xué),哈佛大學(xué),麻省理工學(xué)院和布魯克海文國家實驗室的科學(xué)家合作進(jìn)行了這項研究。該研究目前已發(fā)表于“Proceedings of the National Academy of Sciences”上(www.doi.org/10.1073/pnas.1911244116)。