安徽省光学学会

2024年12月03日 星期二

行业动态

Light:李强 | 基于热管理的高温红外隐身

文章来源:中国光学作者:李强发布时间:2020-06-01
01导读
    在各种探测手段高度发达的今天,隐身性能成为各类目标提高其生存率的重要前提。物体的红外信号正比于温度四次方,因而对于高温物体进行红外隐身难度相当大。
    近日,浙江大学李强教授和西湖大学仇旻教授团队联合在国际顶尖期刊Nature子刊 Light: Science & Applications 发表论文,他们在红外隐身(Infrared Camouflage)研究领域中取得重大突破,首次实现了高温物体的红外隐身,在物体温度高达600°C时,通过高效的热管理将表面温度控制到137°C,并将探测温度降低至仅37°C。
    该技术不仅首次将传导与辐射同时调控实现红外隐身,还解决了隐身与热管理之间的矛盾,其在高温热管理、红外信息处理、微纳光学、以及高能效应用等领域的研究中具有较大的潜力和应用价值。
02背景介绍
    红外光主要来源于温度高于绝对零度的物体的热辐射,红外隐身的目标是降低物体的红外辐射特征,主要表现为降低物体在红外成像中的辐射(表观)温度。
红外隐身主要可以从两种角度实现:一是直接降低物体表面温度,一般通过绝热或者是相变材料实现;二是降低物体表面辐射率。
由于热辐射强度正比于物体的表面辐射率以及表面温度的四次方,高温物体的红外信号相较一般物体更加强烈,红外隐身的难度也更大。传统的红外隐身主要针对中低温物体,在高温条件下,不仅会出现材料失效等问题,也会由于高温下红外信号过于强烈而无法满足隐身要求。
03创新研究

    如图1a所示,针对常见的高温物体,可以采用结合热绝缘材料以及波长选择性辐射器实现高温红外隐身。其中热绝缘材料较低的导热系数可以有效降低表面温度,同时波长选择性辐射器实现的辐射制冷功能可以进一步降低表面温度。通常来说,辐射制冷需要辐射器具备在整个中红外波段(2.5-14 μm)高辐射率。但是由于红外隐身的需求,在红外大气窗口(8-14 μm)不允许高辐射率。为了缓解这个矛盾,波长选择性辐射器在非大气窗口波段(5-8 μm)高辐射,而在大气窗口具有较低辐射率,如图1b所示。


    在实际应用场景下(图1c),隐身性能如图1d的红外图像所示。在物体温度高达600°C的条件下,通过二氧化硅气凝胶与锗/硫化锌多层选择性辐射器,实现了表观辐射温度的大幅度降低(37°C)。相比于常规隐身手段,如图1e中样品III(仅温度调控)与V(仅表面低辐射率),实现更好的隐身效果。
04作者简介

    李强,现任浙江大学光电科学与工程学院教授,长期从事微纳热光子学及红外应用研究。第一/通讯作者在Light: Science & Applications、Laser & Photonics Review、Advanced Optical Materials等高水平期刊发表SCI论文40余篇,SCI他引总数超过1000次。作为项目负责人主持科技部国家重点研发计划项目一项。

    仇旻,现任西湖大学工学院讲席教授,国家杰出青年科学基金获得者、国家重点研发计划项目负责人,中国光学学会会士,美国光学学会(OSA)、国际光学工程学会(SPIE)和国际电气和电子工程师协会(IEEE)会士。曾任瑞典皇家工学院和浙江大学教授。长期从事微纳光子学研究,担任PhotoniX 主编,Science Bulletin(工程类)副主编,Light: Science & Applications,Advanced Photonics等多家学术期刊编委。

文章信息:

    相关成果以“ High-temperature infrared camouflage with efficient thermal management ”为题发表在 Light:Science & Applications 

    论文第一作者为浙江大学博士生朱桓正,合作单位分别是浙江大学和西湖大学。

论文地址:

    https://doi.org/10.1038/s41377-020-0300-5


原文链接:Light:李强 | 基于热管理的高温红外隐身

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