Camouflage verwijst naar het vermogen om het door detectoren opgevangen signaal te verminderen, waardoor de overlevingskansen worden verbeterd. De combinatie van detectoren die in meerdere spectrale banden werken, vormt echter een aanzienlijke uitdaging, waardoor de ontwikkeling van multiband-camouflagetechnologieën noodzakelijk is. Bovendien is camouflage meestal in strijd met de vraag naar stralingswarmteafvoer, die een aanzienlijke bijdrage levert aan het thermische beheer van objecten.

Objecten verraden hun aanwezigheid doorgaans door middel van twee soorten signalen:gereflecteerde signalen van externe lichtbronnen en thermische emissiesignalen van de objecten zelf. Enerzijds worden objecten in de natuur verlicht door externe lichtbronnen, waarvan de zonnestraling de belangrijkste is. Zonnestraling zendt zijn energie voornamelijk uit in het spectrale bereik van 0,15–4 μm en speelt een cruciale rol in het zichtbare (VIS, 400–780 nm), nabij-infrarood (NIR, 0,78–1,4 μm) en kortegolf-infrarood ( SWIR, 1,4–2,5 μm) detectiebanden.

Aan de andere kant stralen objecten energie uit via thermische emissie, die kan worden gedetecteerd door detectoren die werken in atmosferische transmissievensters (middengolf infrarood (MWIR, 3–5 μm) en langegolf infrarood (LWIR, 8–14 μm) ). Naarmate de temperatuur stijgt, verschuift de piekgolflengte van de thermische emissie naar de kortegolfrichting, waardoor het stralingssignaal in de SWIR-band niet te verwaarlozen is.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Qiang Li van het State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, China, en collega’s een camouflageapparaat voor de hele infraroodband ontwikkeld, dat compatibel is met stralingswarmtedissipatie in twee onopgemerkte banden (2,5–3 μm en 5–8 μm). Gebaseerd op het begrip van de signaalbronnen hebben ze de spectrale kenmerken van camouflageapparaten voorgesteld:

• In de SWIR-band heeft lage emissiviteit een breder toepassingsgebied. De hoogste zonnestraling is vergelijkbaar met die van een blackbody van 330°C. In praktische scenario's, waarin de zonnestraling over het algemeen lager is dan het hoogste niveau, levert het remmen van de thermische emissie echter een grotere bijdrage aan het verminderen van de totale signaalintensiteit.
• In de MWIR- en LWIR-banden is een lage emissiviteit geschikter omdat thermische emissie doorgaans het gedetecteerde signaal domineert en de intensiteit van de zonneschijn zwak genoeg is om verwaarloosbaar te zijn.
• In de VIS- en NIR-banden verdient een lage reflectiviteit de voorkeur, omdat de belangrijkste bron van het gedetecteerde signaal de gereflecteerde zonnestraling is en de thermische emissie over het algemeen onbeduidend is.

De Al₂ O₃ /Ge/Al₂ O₃ De meerlaagse structuur /Ge/ZnS/GST/Ni wordt gebruikt om het ultrabrede spectrum van het zichtbare tot het LWIR-bereik te moduleren. De unieke architectuur van deze structuur maakt het mogelijk om tegemoet te komen aan de variërende eisen van het gehele infraroodbereik en het zichtbare bereik, terwijl tegelijkertijd een efficiënte stralingswarmtedissipatie wordt bereikt binnen twee niet-gedetecteerde banden.

Het vervaardigde monster ziet er grijsblauw uit en vertoont een lage gemiddelde reflectiviteit in de VIS/NIR-banden (0,129/0,281). Bij opwarming tot 200° C zijn de stralingstemperaturen (schijnbare) van het monster onder de MWIR/LWIR-camera's slechts 86,3° C/94,7° C. Vergeleken met het referentie-blackbody is de signaalintensiteit van het monster 39,3% lager onder de SWIR-camera. In het bijzonder worden de SWIR-camouflageprestaties gedemonstreerd onder zonnestraling. Bij hogere temperaturen vertoont het monster een kleinere signaalintensiteit dan de Cr-referentie in alle waarnemingsrichtingen. Bij lagere temperaturen behoudt het monster de rand, behalve in de spiegelende reflectierichting van de zonnestraling.

De doeltreffendheid van stralingswarmtedissipatie wordt aangetoond door het monster en de Cr-referentie te onderwerpen aan hetzelfde elektrische verwarmingsvermogen. Bij een ingangsvermogen van 20 W (equivalent aan een vermogensdichtheid van 2000 Wm ⁻² ), is de oppervlaktetemperatuur van het monster 174,5° C, wat 14,4° C lager is dan die van de Cr-referentie.

Deze lagere oppervlaktetemperaturen helpen de thermische belasting te verminderen en de prestaties van MWIR- en LWIR-camouflage te verbeteren.

"Dit werk biedt een uitgebreide richtlijn voor het ontwikkelen van camouflagetechnologieën die compatibel zijn met stralingswarmtedissipatie, tegen gecompliceerde signaalbronnen en multispectrale detectietechnologieën", merkten de wetenschappers op.

"Dit apparaat voor volledige infraroodbandcamouflage kan toepassingen vergemakkelijken die geavanceerde spectrummanipulatie vereisen en innovatieve mogelijkheden voor moderne thermische beheertechnologieën stimuleren en bijdragen aan een energie-efficiënte toekomst", zeggen ze.

Meer informatie: Bing Qin et al., Volledige infraroodbandcamouflage met dual-band stralingswarmtedissipatie, Licht:wetenschap en toepassingen (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01287-z

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen