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弗林德斯大学的研究人员发现了一种新型低成本材料,可以制成热成像镜头——为这项强大技术指明了新的先进制造应用。
热成像和红外成像被用于许多行业,包括国防、安全和监视、医学、电气工程、太空探索和自动驾驶汽车操作——但所需的材料非常昂贵,而且越来越难找到。
需要更低成本的替代品,因此弗林德斯大学的化学和物理学多学科团队开发了一种由硫和环戊二烯制成的全新聚合物材料的解决方案。他们说高性能聚合物具有独特的红外线传输能力。
“该材料结合了高性能、低成本和高效制造,”博士说。候选人SamTonkin,AdvancedOpticalMaterials期刊上一篇新文章的第一作者。
“它有可能将热成像的使用扩展到以前受限于锗或硫族化物透镜的高成本的新行业。这是一个快速发展的领域,将在未来几年内取得令人振奋的进展,”他说。
石油精炼中会产生数百万吨硫磺。地质矿床中有数十亿吨。它既丰富又便宜。
环戊二烯也来源于石油精炼中生产的低成本材料。
用于热成像的镜头目前由锗或硫族化物玻璃制成。锗是一种供不应求的元素,而且非常昂贵。一些锗镜片可能要花费数千美元。
硫族化物玻璃也有缺点。例如,它们通常由砷或硒等有毒元素制成。
合著者、弗林德斯大学计算和物理化学研究员LeNhanPham博士说,硫磺和环戊二烯一起反应可提供一种对红外线具有高透明度的黑色塑料。
“这是热像仪检测到的光。
“这种新型材料的设计具有广泛的潜在应用,从太空工程到军事行动,再到民用和航空航天工业,”他说。
这种聚合物可以模制成各种镜头,例如,可用于放大热像仪中的图像。因为聚合物是黑色的,它也可以用来隐藏和保护热成像设备。因此,聚合物可以用作伪装,以隐藏用于监视的相机。
红外线穿过聚合物,因此可以使用红外线相机看到它。此属性可用于防御操作和野生动物监视。
该聚合物还具有许多其他特性:
该材料具有有史以来塑料中最高的长波红外光透明度。
原材料成本低:对于1克镜头,构建块的成本不到1美分。
该材料允许快速成型为各种形状,例如镜片。与当前依赖于慢速铣削方法的镜片生产相比,这是一个更快的过程。
该研究还报告了一些关键的科学进展,包括一个旨在实现关键反应的新反应堆。一个关键的挑战是能够使用气态形式的构建块。该地区的其他研究人员此前认为使用气态单体是不可能的。
该研究还包括量子力学计算,以了解该材料如何以及为何对热成像中使用的红外光透明。这些见解在未来也将有助于设计具有进一步改进性能的新镜头。
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