Många arter har naturligt utvecklat anmärkningsvärda strategier för att visuellt anpassa sig till sina miljöer för skydd och predation. Forskare har studerat adaptiv kamouflering i det infraröda (IR) spektrumet, även om metoden är mycket utmanande att utveckla i labbet. I en ny rapport som nu publiceras den Vetenskapens framsteg , Mingyang Li och ett forskarteam vid National University of Defense Technology i Kina, utvecklat adaptiva termiska kamouflageanordningar som överbryggar de optiska och strålningsegenskaperna för nanoskopiska platina (Pt) och silver (Ag) elektroavsatta Pt-filmer. De metallbaserade enheterna bibehölls stora, enhetlig, och konsekventa IR-avstämningar i mellanvågs IR (MWIR) och långvågiga IR (LWIR) atmosfäriska transmissionsfönster (ATW). Teamet multiplexerade och förstorade enheterna, ger flexibilitet för kamoufleringsmöjligheter. Tekniken är fördelaktig för en mängd olika kamouflageplattformar och i många tekniker för hantering av termisk strålning.

På senare år har omfattande forskningsansträngningar gjorts för att kontrollera de infraröda (IR) egenskaperna hos föremål för kamouflage i IR-spektrumet. För att uppnå detta mål, forskare måste exakt kontrollera strålningsvärmen som avges från ett föremål för att matcha bakgrunden. Baserat på Stefan-Boltzmann lagen, strålningsvärmen från ett föremål är proportionell mot fjärde potensen av dess absoluta temperatur och ytans emittans. För dynamisk reglering av objektets temperatur eller termiska emittans, forskare erbjuder mikrofluidiska nätverk och termoelektriska system som möjliga metoder för att upprätthålla adaptivt termiskt kamouflage. Inspirerad av de många optiska och strålande egenskaperna hos metaller, Li et al. rapporterade om nanoskopiska platina (Pt) filmbaserade reversibla silver (Ag) elektrodeponering (RSE) enheter för utmärkta adaptiva termiska kamouflagefunktioner.

Eftersom nanoskopiska platinafilmer har hög IR-absorption och partiell IR-överföring, detta kan omvandlas till absorption via det IR-absorberande gelelektrolytskiktet i installationen. Genom att applicera deponeringsspänningen i systemet tillåts gradvis elektrodeponering av silver på de nanoskopiska platinafilmerna, gradvis konvertera IR-absorptionen och överföringen till IR-reflektion för att möjliggöra lågemitterande tillstånd från enheterna. Nanoskopiska Pt -filmer kunde inte lösas upp, därför, de tillät flera cykler av Ag-avsättning och upplösning, för att växla mellan hög- och lågemittanstillstånd under många cykler. Li et al. utvecklat olika enheter med flera strukturella beläggningar, grova och flexibla substrat för att bilda multiplexerade format för att utöka kamoufleringsscenarierna.

För att utforska regleringen av IR på metallbaserade enheter, teamet studerade först de elektriska egenskaperna hos de nanoskopiska Pt-filmerna. De undersökte filmens spektrala svar, där ökning av Pt-tjockleken visade enorma minskningar i IR-transmittans för att indikera att IR-absorptionen dominerade det spektrala svaret hos de tunna filmerna. Forskarna undersökte vidare de potentiella områdena för IR-modulering och cyklingsstabiliteten hos de nanoskopiska platinafilmerna i en reversibel silverelektrodavsättningsfilm (RSE) med tre elektroder. På grund av det energigynnsamma gränssnittet mellan Ag och Pt, den elektroavsatta Ag-filmen visade sig jämförelsevis mer enhetlig, koherenta och finkorniga morfologier på 3 nm Pt-filmen. Denna funktion gjorde det möjligt för forskarna att konvertera den nanoskopiska Pt-filmen till en hög IR-reflekterande film på kort tid. De nästan identiska potentiostatiska cykelkurvorna i systemet bekräftade deras förmåga att utföra stabil och reversibel elektroavsättning på de nanoskopiska Pt-filmerna.

För att bedöma IR -prestanda för de monterade enheterna med olika Pt -tjocklekar, Li et al. fäste dem på en 50 ⁰ C-värmeplattan och spelade in sina MWIR-bilder (mellanvågs-IR) och LWIR-bilder (långvågs-IR) i realtid. Teamet applicerade en negativ spänning på 2,2 V för att gradvis elektrodponera Ag-filmer på Pt-ytan, eftersom den skenbara temperaturen hos dessa enheter gradvis minskade. När forskarna applicerade en positiv spänning på 0,8 V därefter, den elektroavsatta Ag-filmen kunde lösas upp fullständigt i elektrolyten, och vände sig till deras initiala tillstånd för att indikera reversibiliteten för enheterna. Enheten kan fungera stadigt i upp till 350 helt reversibla cykler för att bekräfta deras stabilitet och reversibilitet för adaptivt termiskt kamouflage.

För att multiplexera och förstora enheten, Li et al. konstruerade en tre gånger tre multiplexad IR-omkopplingsbar array och en förstorad oberoende enhet. Genom att styra den kombinerade elektrodeponeringstiden för dess oberoende pixlar, forskarna genererade bokstäverna "N", "U", "D", och "T" med olika temperaturer som LWIR-bilder på arrayen. Arbetet visade på anpassningsförmågan hos den komplexa bakgrunden och de adaptiva systemens genomförbarhet på stora ytor. Teamet utökade sedan kamoufleringsscenariot för den metallbaserade dynamiska IR-moduleringsmekanismen på grova och flexibla enheter. Under arbetets gång ersatte de polerad bariumfluorid (BaF ₂ ) substrat med grova versioner och använda polypropenfilmer (PP) för att deponera de nanoskopiska Pt -filmerna. På grund av den mikronska grovheten hos BaF ₂ och dålig vätbarhet av PP-filmen, teamet noterade kravet på tjockare Pt-filmer för att bilda fysiskt anslutna och elektriskt ledande filmer. Den grova BaF ₂ -baserad enhet reflekterade diffust den yttre termiska matrisen i installationen och undertryckte sin egen IR-strålning för att effektivt minska påverkan från den yttre miljön. De grova och flexibla adaptiva varianterna som utvecklats i arbetet framhävde multisubstratkompatibiliteten hos den metallbaserade IR-moduleringsmekanismen, vilket utökade kamoufleringsscenarierna för enheten.

Li et al. kombinerade sedan enheterna med strukturella färgbeläggningar för att förbättra deras synliga kompatibilitet för att förhindra deras synliga upptäckt på dagtid. För detta, de använde en serie av synlig våglängdsskala, tjock kromoxid (Cr ₂ O ₃ ) lager mellan BaF ₂ substrat och nanoskopiska Pt -filmer. Vid avsättning av olika tjocklekar av Cr ₂ O ₃ skikten, på grund av deras tunnfilmsinterferenseffekter i det synliga spektrumet, de "dekorerade" enheterna visade olika färger. Forskarna noterade att de strukturella färgerna skiftade från relativt mörka till mer uttalade färger i installationen. Cr ₂ O ₃ lager genererade endast färger i det synliga spektrumet och utövade därför liten inverkan på enheternas IR-prestanda. Resultaten visade möjligheten att integrera enkla optiska konstruktioner i de adaptiva systemen för synlig kompatibilitet, gör enheterna svårare att upptäcka på dagtid.

På det här sättet, Mingyang Li och kollegor utvecklade adaptiva kamouflageanordningar genom att reversibelt avsätta silver på nanoskopiska platinafilmer. Enheterna visade stora, enhetlig, och konsekventa IR-avstämningar i både mellanvågs-IR och långvågiga IR-atmosfäriska transmissionsfönster. Forskarna multiplexerade enkelt enheterna genom att mönstra nanoskopiska Pt-filmer eller genom att lägga till ledande galler för komplex bakgrundsanpassning och flexibilitet för stora ytor. Teamet uppnådde synlig kompatibilitet genom att lägga till en serie av synliga våglängdsskala-tjocka Cr ₂ O ₃ skikten. De enheter som utvecklats i detta arbete kan inspirera nästa generation av adaptiva termiska kamouflageplattformar som snabbt och exakt styr termisk strålning och kamouflage som svar på multispektral detektering och anpassningsförmåga till komplexa miljöer. Dessa enheter kommer att ha applikationer inom tekniker för hantering av värmestrålning, inklusive energieffektiva byggnader, värmeregleringskläder och i smarta rymdfarkoster.

© 2020 Science X Network