Een ultradunne coating ontwikkeld door ingenieurs van de Universiteit van Wisconsin-Madison zet een alomtegenwoordig natuurkundig fenomeen van materialen die verband houden met thermische straling op zijn kop:hoe heter een object wordt, hoe helderder het gloeit.

De nieuwe coating, gemaakt van samarium-nikkeloxide, een uniek afstembaar materiaal - maakt gebruik van een beetje temperatuurbedrog.

"Dit is de eerste keer dat temperatuur en thermische lichtemissie zijn ontkoppeld in een vast object. We hebben een coating gebouwd die de relatie tussen temperatuur en thermische straling op een heel bijzondere manier 'verbreekt', " zegt Michail Kats, een UW-Madison professor in elektrische en computertechniek. "Eigenlijk, er is een temperatuurbereik waarbinnen het vermogen van de warmtestraling van onze coating gelijk blijft."

Momenteel, dat temperatuurbereik is vrij klein, tussen ongeveer 105 en 135 graden Celsius. Met verdere ontwikkeling, echter, Kats zegt dat de coating toepassingen kan hebben bij warmteoverdracht, camouflage en, aangezien infraroodcamera's op grote schaal beschikbaar komen voor consumenten, zelfs in kleding om de persoonlijke levenssfeer van mensen te beschermen.

Katten, zijn groepsleden, en hun medewerkers bij UW-Madison, Purdue universiteit, Harvard universiteit, Massachusetts Institute of Technology en Brookhaven National Laboratory hebben deze week details over het voorschot gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De coating zelf zendt een vaste hoeveelheid warmtestraling uit, ongeacht de temperatuur. Dat komt omdat zijn emissiviteit - de mate waarin een bepaald materiaal licht zal uitzenden bij een bepaalde temperatuur - in feite daalt met de temperatuur en zijn intrinsieke straling tenietdoet, zegt Alireza Shahsafi, een doctoraatsstudent in het laboratorium van Kats en een van de hoofdauteurs van de studie.

"We kunnen ons een toekomst voorstellen waarin infraroodbeeldvorming veel vaker voorkomt, een negatieve invloed hebben op de persoonlijke levenssfeer, Shahsafi zegt. "Als we de buitenkant van kleding of zelfs een voertuig zouden kunnen bedekken met een dergelijke coating, een infraroodcamera zou het moeilijker hebben om te onderscheiden wat eronder zit. Zie het als een infrarood privacyschild. Het effect is afhankelijk van veranderingen in de optische eigenschappen van onze coating als gevolg van een verandering in temperatuur. Dus, de thermische straling van het oppervlak is drastisch veranderd en kan een infraroodcamera in de war brengen."

In het labortorium, Shahsafi en collega's van Kats' groep toonden de werkzaamheid van de coating aan. Ze hingen twee monsters - een gecoat stuk saffier en een referentiestuk zonder coating - aan een verwarming, zodat een deel van elk monster de verwarming raakte en de rest in veel koelere lucht werd opgehangen. Toen ze elk monster met een infraroodcamera bekeken, ze zagen een duidelijke temperatuurgradiënt op de referentie-saffier, van diepblauw tot roze, rood, oranje en bijna wit, terwijl het thermische beeld van de gecoate saffier grotendeels uniform bleef.

Een teaminspanning was van cruciaal belang voor het succes van het project. De groep van Purdue-medewerker Shriram Ramanathan synthetiseerde het samarium-nikkeloxide en voerde gedetailleerde materiaalkarakterisering uit. Collega's van het MIT en het Brookhaven National Laboratory gebruikten het heldere licht van een deeltjesversnellende synchrotron om het gedrag van de coating op atomair niveau te bestuderen.