Kamouflage hänvisar till förmågan att minska signalen som fångas upp av detektorer och därigenom förbättra överlevnadsgraden. Kombinationen av detektorer som arbetar i flera spektrala band utgör dock en betydande utmaning, vilket nödvändiggör utvecklingen av flerbands kamouflageteknik. Dessutom kommer kamouflage vanligtvis i konflikt med kraven på strålningsvärmeavledning, som har betydande bidrag till den termiska hanteringen av objekt.

Objekt förråder vanligtvis sin närvaro genom två typer av signaler:reflekterade signaler från externa ljuskällor och termiska emissionssignaler från själva objekten. Å ena sidan är föremål i naturen upplysta av externa ljuskällor, bland vilka solstrålningen är den mest betydande. Solstrålning avger sin energi huvudsakligen inom spektralområdet 0,15–4 μm och spelar en avgörande roll i det synliga (VIS, 400–780 nm), nära-infrarött (NIR, 0,78–1,4 μm) och kortvågigt infrarött ( SWIR, 1,4–2,5 μm) detektionsband.

Å andra sidan utstrålar objekt energi genom termisk emission, vilket kan detekteras av detektorer som arbetar i atmosfäriska transmissionsfönster (mellanvågsinfraröd (MWIR, 3–5 μm) och långvågig infraröd (LWIR, 8–14 μm) ). När temperaturen stiger, skiftar toppvåglängden för termisk emission till kortvågsriktningen, vilket gör strålningssignalen i SWIR-bandet icke försumbar.

I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av vetenskapsmän, ledda av professor Qiang Li från State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Kina, och medarbetare har utvecklat en kamouflageenhet med helt infrarött band, som är kompatibel med strålningsvärmeavledning i två oupptäckta band (2,5–3 μm och 5–8 μm). Baserat på förståelsen av signalkällorna har de föreslagit de spektrala egenskaperna hos kamouflageanordningar:

• I SWIR-bandet har låg emissivitet ett bredare tillämpningsområde. Den högsta instrålningen av solsken liknar den för en 330°C svartkropp. I praktiska scenarier, där solinstrålningen i allmänhet är lägre än sin högsta nivå, bidrar dock hämmande av termisk emission större till att minska den totala signalintensiteten.
• I MWIR- och LWIR-banden är låg emissivitet mer lämplig eftersom termisk emission vanligtvis dominerar den detekterade signalen och intensiteten av solsken är tillräckligt svag för att vara försumbar.
• I VIS- och NIR-banden är låg reflektivitet att föredra eftersom den dominerande källan till detekterad signal är reflekterad solstrålning och termisk emission i allmänhet är obetydlig.

Al₂ O₃ /Ge/Al₂ O₃ /Ge/ZnS/GST/Ni flerskiktsstruktur används för att modulera det ultrabred spektrumet från det synliga till LWIR-området. Den unika arkitekturen hos denna struktur gör att den kan tillgodose de varierande kraven från hela det infraröda området och det synliga området, samtidigt som den uppnår effektiv strålningsvärmeavledning inom två oupptäckta band.

Det tillverkade provet framstår som gråblått och uppvisar låg medelreflektivitet i VIS/NIR-banden (0,129/0,281). Vid uppvärmning upp till 200°C är provets strålningstemperatur (skenbara) under MWIR/LWIR-kamerorna endast 86,3°C/94,7°C. Jämfört med referenssvartkroppen är provets signalintensitet 39,3% lägre under SWIR-kameran. Speciellt SWIR-kamouflageprestandan demonstreras under solstrålning. Vid högre temperaturer uppvisar provet mindre signalintensitet än Cr-referensen i alla observationsriktningar. Vid lägre temperaturer bibehåller provet kanten utom i spegelreflektionsriktningen för solstrålningen.

Effektiviteten av strålningsvärmeavledning demonstreras genom att utsätta provet och Cr-referensen för samma ingående elektriska värmeeffekt. Vid 20 W ineffekt (motsvarande en effekttäthet på 2000 Wm ⁻² ), är provets yttemperatur 174,5°C, vilket är 14,4°C lägre än Cr-referensen.

Dessa lägre yttemperaturer hjälper till att minska termisk belastning och förbättra prestandan hos MWIR- och LWIR-kamouflage.

"Detta arbete ger en omfattande riktlinje för utveckling av kamouflageteknologier som är kompatibla med strålningsvärmeavledning, mot komplicerade signalkällor och multispektrala detektivteknologier," noterade forskarna.

"Denna enhet för hel-infrarött band-kamouflage kan underlätta tillämpningar som kräver sofistikerad spektrummanipulation och stimulera innovativa vägar för modern värmehanteringsteknik och bidra till en energieffektiv framtid", säger de.

Mer information: Bing Qin et al, kamouflage med helt infrarött band med dubbelbands strålningsvärmeavledning, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01287-z

Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences