Учените разработиха покритие за подобряване на термичното изображение през горещо стъкло

Група от учени в университета Райс е решил дългогодишен проблем в термичния образ, правейки възможно получаването на ясни изображения на обекти през горещи прозорци. Резултатите от изследването, съобщени в списание Communications Engineering, могат да имат приложения в различни области като сигурност, наблюдение, индустриални изследвания и диагностика.

„Да приемем, че искате да използвате термичния образ, за да наблюдавате химични реакции във високотемпературна реакторна камера“ — казва Гурадж Наик, асистент по електротехника и компютърно инженерство в Райс и съответен автор на изследването. „Проблемът е, че топлинното излъчване от самия прозорец претоварва камерата, закривайки обектите от другата страна.“

Възможно решение би било да покриете прозореца с материал, който потиска топлинното излъчване към камерата, но това също ще направи прозореца непрозрачен. За да заобиколят този проблем, изследователите разработиха покритие, което, базирано на специално проектирана асиметрия, филтрира топлинния шум на горещия прозорец, удвоявайки контраста на топлинния образ в сравнение с традиционните методи.

Същността на този пробив е разработването на резонатори с нано размери, които работят като миниатюрни камертони, улавяйки и усилвайки електромагнитните вълни на определени честоти. Резонаторите са направени от силиций и са подредени в масив, който позволява прецизен контрол на това как прозорецът излъчва и предава топлинното лъчение.

„Интригуващ въпрос за нас беше дали е възможно да се потисне топлинното излъчване от прозореца към камерата, като същевременно се запази доброто предаване от страната на изображението“ — казва Найк. — Теорията на информацията дава отговор „не“ във всяка пасивна система. Тук обаче има вратичка — всъщност камерата работи в ограничен честотен диапазон. Ние се възползвахме от тази вратичка и създадохме покритие, което потиска топлинното излъчване от прозореца към камерата в широк диапазон, но намалява излъчването от обекта на образа в тесен диапазон.“

Това беше постигнато благодарение на разработването на метаматериал, състоящ се от два слоя резонатори от различен тип, разделени от допълнителен слой. Тази конструкция позволява на покритието да потиска насоченото към камерата топлинно излъчване като същевременно остава достатъчно прозрачно, за да улови топлинното лъчение от обектите в прозореца.

„Нашето решение на проблема се вдъхновява от квантовата механика и неермитовата оптика“ — казва Сирил Самуел Прасад, завършил инженерство на Райс и първи автор на изследването.

Резултатът е революционен асиметричен мета-прозорец, способен да създава ясни топлинни изображения при температури до 873°K (приблизително 600°C).