Veel soorten hebben van nature opmerkelijke strategieën ontwikkeld om zich visueel aan te passen aan hun omgeving voor bescherming en predatie. Onderzoekers hebben adaptieve camouflage in het infrarood (IR) spectrum bestudeerd, hoewel de methode zeer uitdagend is om in het laboratorium te ontwikkelen. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang , Mingyang Li en een onderzoeksteam van de National University of Defense Technology in China, ontwikkelde adaptieve thermische camouflage-apparaten die de optische en stralingseigenschappen van nanoscopisch platina (Pt) en zilver (Ag) elektro-afgezette Pt-films overbrugden. De op metaal gebaseerde apparaten behielden grote, uniform, en consistente IR-tunabilities in de middengolf IR (MWIR) en langegolf IR (LWIR) atmosferische transmissievensters (ATW's). Het team heeft de apparaten gemultiplext en vergroot, waardoor flexibiliteit voor het camoufleren van mogelijkheden. De technologie is voordelig voor een verscheidenheid aan camouflageplatforms en in veel technologieën voor het beheer van thermische straling.

De afgelopen jaren zijn er uitgebreide onderzoeksinspanningen geweest om de infrarood (IR) kenmerken van objecten voor camouflage in het IR-spectrum te controleren. Om dit doel te bereiken, wetenschappers moeten de stralingswarmte die door een object wordt uitgestraald nauwkeurig regelen, zodat deze overeenkomt met de achtergrond. Op basis van de wet van Stefan-Boltzmann, de stralingswarmte van een object is evenredig met de vierde macht van zijn absolute temperatuur en de emissie van het oppervlak. Voor dynamische regeling van de temperatuur of thermische emissie van het object, wetenschappers bieden microfluïdische netwerken en thermo-elektrische systemen aan als mogelijke benaderingen om adaptieve thermische camouflage te behouden. Geïnspireerd door de meervoudige optische en stralingseigenschappen van metalen, Li et al. gerapporteerd over nanoscopische platina (Pt) filmgebaseerde omkeerbare zilveren (Ag) elektrodepositie (RSE) apparaten voor uitstekende adaptieve thermische camouflagemogelijkheden.

Omdat nanoscopische platinafilms een hoge IR-absorptie en gedeeltelijke IR-transmissie hebben, dit zou kunnen worden omgezet in absorptie via de IR-absorberende gelelektrolytlaag in de opstelling. Het toepassen van de afzettingsspanning in het systeem maakte een geleidelijke elektrodepositie van zilver op de nanoscopische platinafilms mogelijk, het geleidelijk omzetten van de IR-absorptie en -transmissie in IR-reflectie om toestanden met lage emissie van de apparaten mogelijk te maken. Nanoscopische Pt-films konden niet worden opgelost, daarom, ze lieten meerdere cycli van Ag-afzetting en oplossing toe, om te schakelen tussen hoge en lage emissietoestanden voor veel cycli. Li et al. ontwikkelde diverse apparaten met meerdere structurele coatings, ruwe en flexibele substraten om gemultiplexte formaten te vormen om de camouflagescenario's uit te breiden.

Om de regulering van IR op de op metaal gebaseerde apparaten te onderzoeken, het team bestudeerde eerst de elektrische eigenschappen van de nanoscopische Pt-films. Ze onderzochten de spectrale reacties van de film, waarbij het vergroten van de Pt-dikte enorme afnamen in IR-transmissie vertoonde om aan te geven dat de IR-absorptie de spectrale respons van de dunne films domineerde. De wetenschappers onderzochten verder het potentiële bereik van IR-modulatie en de cyclusstabiliteit van de nanoscopische platinafilms in een drie-elektroden omkeerbare zilverelektrodepositie (RSE) film. Vanwege de energetische gunstige interface tussen Ag en Pt, de elektrolytisch afgezette Ag-film vertoonde relatief meer uniform, coherente en fijnkorrelige morfologieën op de 3 nm Pt-film. Dankzij deze functie konden de wetenschappers de nanoscopische Pt-film in korte tijd omzetten in een hoog-IR-reflecterende film. De bijna identieke potentiostatische cyclische curves in het systeem bevestigden hun vermogen om stabiele en omkeerbare elektrodepositie op de nanoscopische Pt-films uit te voeren.

Om de IR-prestaties van de geassembleerde apparaten met verschillende Pt-diktes te beoordelen, Li et al. bevestigde ze op een 50 ⁰ C-kookplaat en registreerden hun real-time MWIR (mid-wave IR) en LWIR (long-wave IR) beelden. Het team paste een negatieve spanning van 2,2 V toe om Ag-films geleidelijk elektrolytisch op het Pt-oppervlak af te zetten, naarmate de schijnbare temperatuur van deze apparaten geleidelijk afnam. Toen de onderzoekers daarna een positieve spanning van 0,8 V aanbrachten, de elektrolytisch afgezette Ag-film zou volledig in de elektrolyt kunnen worden opgelost, en wendden zich tot hun oorspronkelijke toestand om de omkeerbaarheid van de apparaten aan te geven. Het apparaat kan tot 350 volledig omkeerbare cycli stabiel functioneren om hun stabiliteit en omkeerbaarheid voor adaptieve thermische camouflage te bevestigen.

Om het apparaat te multiplexen en te vergroten, Li et al. construeerde een drie-bij-drie multiplex IR schakelbare array en een vergroot onafhankelijk apparaat. Door de gecombineerde elektrodepositietijd van zijn onafhankelijke pixels te regelen, de wetenschappers genereerden de letters "N", "U", "NS", en "T" met verschillende temperaturen als LWIR-afbeeldingen op de array. Het werk toonde het aanpassingsvermogen van de complexe achtergrond en de haalbaarheid van de adaptieve systemen op een groot gebied. Het team breidde vervolgens het camouflagescenario van het op metaal gebaseerde dynamische IR-modulatiemechanisme uit op ruwe en flexibele apparaten. Tijdens de werkzaamheden vervingen ze gepolijst bariumfluoride (BaF ₂ ) substraten met ruwe versies en gebruikte polypropyleen (PP) films om de nanoscopische Pt-films af te zetten. Door de micron-schaal ruwheid van BaF ₂ en slechte bevochtigbaarheid van de PP-film, het team merkte op dat er dikkere Pt-films nodig waren om fysiek verbonden en elektrisch geleidende films te vormen. De ruwe BaF ₂ -gebaseerd apparaat reflecteerde diffuus de buitenste thermische matrix in de opstelling en onderdrukte zijn eigen IR-straling om de impact van de externe omgeving effectief te verminderen. De ruwe en flexibele adaptieve varianten die in het werk zijn ontwikkeld, benadrukten de compatibiliteit met meerdere substraten van het op metaal gebaseerde IR-modulatiemechanisme, die de camouflagescenario's van het apparaat uitbreidde.

Li et al. vervolgens de apparaten gecombineerd met structurele kleurcoatings om hun zichtbare compatibiliteit te verbeteren om hun zichtbare detectie overdag te voorkomen. Voor deze, ze gebruikten een reeks zichtbare golflengteschalen, dik chroomoxide (Cr ₂ O ₃ ) lagen tussen de BaF ₂ substraat en nanoscopische Pt-films. Bij het aanbrengen van verschillende diktes van Cr ₂ O ₃ lagen, vanwege hun dunne-film interferentie-effecten in het zichtbare spectrum, de "versierde" apparaten vertoonden verschillende kleuren. De wetenschappers merkten op dat de structurele kleuren in de opstelling verschuiven van relatief donkere naar meer uitgesproken kleuren. de Cr ₂ O ₃ lagen genereerden alleen kleuren in het zichtbare spectrum en oefenden daarom weinig invloed uit op de IR-prestaties van de apparaten. De resultaten toonden de mogelijkheid om eenvoudige optische ontwerpen te integreren in de adaptieve systemen voor zichtbare compatibiliteit, waardoor de apparaten overdag moeilijker te detecteren zijn.

Op deze manier, Mingyang Li en collega's ontwikkelden adaptieve camouflage-apparaten door zilver omkeerbaar af te zetten op nanoscopische platinafilms. De apparaten vertoonden grote, uniform, en consistente IR-tunabilities in zowel middengolf IR als langegolf IR atmosferische transmissievensters. De wetenschappers multiplexen de apparaten gemakkelijk door nanoscopische Pt-films te modelleren of door geleidende rasters toe te voegen voor complexe aanpasbaarheid op de achtergrond en flexibiliteit op grote oppervlakken. Het team bereikte zichtbare compatibiliteit door een reeks van zichtbare golflengteschaal dikke Cr ₂ O ₃ lagen. De apparaten die in dit werk zijn ontwikkeld, kunnen de volgende generatie van adaptieve thermische camouflageplatforms inspireren die warmtestraling en camouflage snel en nauwkeurig regelen als reactie op multispectrale detectie en aanpassingsvermogen aan complexe omgevingen. Deze apparaten zullen toepassingen hebben in technieken voor het beheer van thermische straling, waaronder energie-efficiënte gebouwen, thermoregulerende kleding en in slimme ruimtevaartuigen.

© 2020 Wetenschap X Netwerk