研究人員開發出通過熱窗增強熱成像的塗料

星空体育app在线登录入口：萊斯大學一個(ge) 科學團隊解決(jue) 了熱成像領域一個(ge) 長期存在的問題，使通過熱窗捕捉物體(ti) 的清晰圖像成為(wei) 可能。成像應用在一係列領域，例如安全、監視、工業(ye) 研究和診斷，可以從(cong) 研究結果中受益。

控製熱輻射發射和傳(chuan) 輸控製

一種可能的解決(jue) 方案是在窗戶上塗上一層材料，抑製熱光射向相機，但這也會(hui) 使窗戶變得不透明。為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，研究人員開發了一種塗料，它依靠工程不對稱性來過濾掉熱窗的熱噪聲，與(yu) 傳(chuan) 統方法相比，熱成像的對比度提高了一倍。

“假設你想使用熱成像來監測高溫反應室中的化學反應， 你將麵臨(lin) 的問題是窗戶本身發出的熱輻射淹沒了攝像頭，遮擋了另一側(ce) 物體(ti) 的視野。”萊斯大學電氣和計算機工程副教授、該研究的通訊作者Gururaj Naik說。

這一突破的核心在於(yu) 納米級諧振器的設計，其功能就像微型音叉一樣，可以捕獲和增強特定頻率內(nei) 的電磁波。諧振器由矽製成，排列成精確的陣列，可以很好地控製窗口發射和傳(chuan) 遞熱輻射的方式。

“對我們(men) 來說，一個(ge) 有趣的問題是，是否有可能抑製窗口向相機發射的熱輻射，同時保持待可視化物體(ti) 側(ce) 麵的良好傳(chuan) 輸，”Naik說。

“信息論規定，在任何被動係統中，答案都是‘不’。然而，實際上有一個(ge) 漏洞——相機在有限的帶寬下運行。我們(men) 利用了這個(ge) 漏洞，創造了一種塗料，可以在寬頻帶內(nei) 抑製窗戶向相機的熱發射，但隻會(hui) 在窄帶內(nei) 減少成像物體(ti) 的透射。 ”

抑製熱發射塗料

這是通過設計一種超材料來實現的，該超材料由兩(liang) 層不同類型的諧振器組成，並由間隔層隔開。該設計使塗料能夠抑製朝向相機的熱輻射，同時保持足夠的透明度，以捕獲來自窗戶後麵物體(ti) 的熱輻射。

“我們(men) 對這個(ge) 問題的解決(jue) 方案受到了量子力學和非厄米光學的啟發，”萊斯大學工程博士生、該研究的第一作者Ciril Samuel Prasad說。

結果是革命性的非對稱元窗口能夠在高達873°K（約600°C）的溫度下形成清晰的熱成像。

水仙效應

這一突破的意義(yi) 重大。一種直接的應用是化學加工，其中監測高溫室內(nei) 的反應至關(guan) 重要。

除了工業(ye) 用途之外，這種方法還可能通過解決(jue) 長期存在的“水仙效應”（相機本身的熱發射幹擾成像）來徹底改變高光譜熱成像。研究人員設想在節能、輻射冷卻甚至國防係統中的應用，其中精確的熱成像是必不可少的。

“這是一項顛覆性創新，”研究人員指出。 “我們(men) 不僅(jin) 解決(jue) 了長期存在的問題，而且為(wei) 極端條件下的成像打開了新的大門。使用超表麵和諧振器作為(wei) 設計工具可能會(hui) 改變熱成像以外的許多領域，從(cong) 能量收集到先進的傳(chuan) 感技術。

美國陸軍(jun) 研究實驗室的高級科學家、萊斯大學的兼職教授亨利·埃弗裏特（Henry Everitt）也是該研究的作者之一。該研究得到了美國陸軍(jun) 研究辦公室的支持，合作協議編號為(wei) W911NF2120031。