Camuflagem de banda infravermelha completa com dissipação de calor radiativo de banda dupla
Princípio para camuflagem de banda infravermelha completa e banda visível compatível com dissipação de calor radiativo. a Bandas de detecção típicas que vão do visível ao infravermelho de ondas longas e duas fontes primárias de sinal:a reflexão da radiação solar e a emissão térmica do objeto. b O espectro de absortividade/emissividade (linha preta) de um emissor seletivo de comprimento de onda ideal projetado para neutralizar detectores multibanda. As áreas vermelhas e azuis representam o espectro de irradiância solar e o espectro de transmitância da atmosfera, respectivamente. c – e A irradiância integrada na banda da radiação solar e da radiação do corpo negro em várias temperaturas de objetos nas bandas NIR, SWIR e MWIR. A intensidade total do sinal detectado de objetos com emissividade média diferente (ε = 0,25, 0,5, 0,75) é plotada em linhas sólidas. Crédito:Light:Ciência e Aplicações (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01287-z Camuflagem refere-se à capacidade de reduzir o sinal capturado pelos detectores, melhorando assim as taxas de sobrevivência. No entanto, a combinação de detectores operando em múltiplas bandas espectrais representa um desafio significativo, necessitando do desenvolvimento de tecnologias de camuflagem multibanda. Além disso, a camuflagem geralmente entra em conflito com as demandas de dissipação de calor radiativo, que têm contribuições significativas para o gerenciamento térmico dos objetos.
Os objetos normalmente revelam a sua presença através de dois tipos de sinais:sinais refletidos de fontes de luz externas e sinais de emissão térmica dos próprios objetos. Por um lado, os objetos da natureza são iluminados por fontes externas de luz, entre as quais a radiação solar é a mais significativa. A radiação solar emite sua energia principalmente na faixa espectral de 0,15–4 μm e desempenha um papel crucial no visível (VIS, 400–780 nm), infravermelho próximo (NIR, 0,78–1,4 μm) e infravermelho de ondas curtas ( SWIR, 1,4–2,5 μm) bandas de detecção.
Por outro lado, os objetos irradiam energia por meio de emissão térmica, que pode ser detectada por detectores que funcionam em janelas de transmissão atmosférica (infravermelho de onda média (MWIR, 3–5 μm) e infravermelho de onda longa (LWIR, 8–14 μm) ). Com o aumento da temperatura, o comprimento de onda de pico da emissão térmica muda para a direção das ondas curtas, tornando o sinal radiativo na banda SWIR não desprezível.
Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Qiang Li do Laboratório Estadual de Instrumentação Óptica Moderna, Faculdade de Ciência e Engenharia Óptica, Universidade de Zhejiang, China, e colegas de trabalho desenvolveram um dispositivo de camuflagem de banda infravermelha completa, que é compatível com dissipação de calor radiativo em duas bandas não detectadas (2,5–3 μm e 5–8 μm). Com base na compreensão das fontes de sinal, eles propuseram as características espectrais dos dispositivos de camuflagem:
Na banda SWIR, a baixa emissividade tem um escopo de aplicação mais amplo. A maior irradiância da luz solar é semelhante à de um corpo negro a 330°C. No entanto, em cenários práticos, onde a irradiância solar é geralmente inferior ao seu nível mais alto, a inibição da emissão térmica contribui mais para a redução da intensidade total do sinal.
Nas bandas MWIR e LWIR, a baixa emissividade é mais adequada, pois a emissão térmica geralmente domina o sinal detectado e a intensidade da luz solar é fraca o suficiente para ser insignificante.
Nas bandas VIS e NIR, a baixa refletividade é preferível, uma vez que a fonte predominante do sinal detectado é a radiação solar refletida e a emissão térmica é geralmente insignificante.
O Al2 O3 /Ge/Al2 O3 A estrutura multicamada /Ge/ZnS/GST/Ni é empregada para modular o espectro ultra-amplo do visível até a faixa LWIR. A arquitetura exclusiva desta estrutura permite atender às diversas demandas de toda a faixa infravermelha e visível, ao mesmo tempo em que alcança uma dissipação de calor radiativo eficiente dentro de duas bandas não detectadas.
Aparecendo em azul acinzentado, a amostra fabricada exibe refletividade média baixa nas bandas VIS/NIR (0,129/0,281). Ao aquecer até 200° C, as temperaturas radiativas (aparentes) da amostra sob as câmeras MWIR/LWIR são apenas 86,3° C/94,7° C. Em comparação com o corpo negro de referência, a intensidade do sinal da amostra é 39,3% menor sob a câmera SWIR. Particularmente, o desempenho da camuflagem SWIR é demonstrado sob a radiação solar. Em temperaturas mais altas, a amostra exibe menor intensidade de sinal que a referência Cr em todas as direções de observação. Enquanto em temperaturas mais baixas, a amostra mantém a borda, exceto na direção da reflexão especular da radiação solar.
A eficácia da dissipação de calor radiativo é demonstrada colocando a amostra e a referência de Cr submetidas à mesma potência de aquecimento elétrico de entrada. Com potência de entrada de 20 W (equivalente a uma densidade de potência de 2.000 Wm
−2
), a temperatura da superfície da amostra é de 174,5° C, que é 14,4° C inferior à da referência Cr.
Essas temperaturas superficiais mais baixas ajudam a reduzir a carga térmica e melhoram o desempenho da camuflagem MWIR e LWIR.
“Este trabalho fornece uma diretriz abrangente para o desenvolvimento de tecnologias de camuflagem compatíveis com a dissipação de calor radiativo, contra fontes de sinal complicadas e tecnologias de detecção multiespectral”, observaram os cientistas.
“Este dispositivo para camuflagem de banda infravermelha completa pode facilitar aplicações que exigem manipulação sofisticada do espectro e estimular caminhos inovadores para tecnologias modernas de gerenciamento térmico e contribuir para um futuro com eficiência energética”, afirmam.
Mais informações: Bing Qin et al, Camuflagem de banda infravermelha completa com dissipação de calor radiativo de banda dupla, Luz:Ciência e Aplicações (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01287-z Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências
