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控制熱輻射發(fā)射和傳輸控制

一種可能的解決方案是在窗戶上涂上一層材料，抑制熱光射向相機，但這也會使窗戶變得不透明。為了解決這個問題，研究人員開發(fā)了一種涂料，它依靠工程不對稱性來過濾掉熱窗的熱噪聲，與傳統(tǒng)方法相比，熱成像的對比度提高了一倍。

“假設(shè)你想使用熱成像來監(jiān)測高溫反應(yīng)室中的化學反應(yīng)， 你將面臨的問題是窗戶本身發(fā)出的熱輻射淹沒了攝像頭，遮擋了另一側(cè)物體的視野。”萊斯大學電氣和計算機工程副教授、該研究的通訊作者Gururaj Naik說。

這一突破的核心在于納米級諧振器的設(shè)計，其功能就像微型音叉一樣，可以捕獲和增強特定頻率內(nèi)的電磁波。諧振器由硅制成，排列成精確的陣列，可以很好地控制窗口發(fā)射和傳遞熱輻射的方式。

“對我們來說，一個有趣的問題是，是否有可能抑制窗口向相機發(fā)射的熱輻射，同時保持待可視化物體側(cè)面的良好傳輸，”Naik說。

“信息論規(guī)定，在任何被動系統(tǒng)中，答案都是‘不’。然而，實際上有一個漏洞——相機在有限的帶寬下運行。我們利用了這個漏洞，創(chuàng)造了一種涂料，可以在寬頻帶內(nèi)抑制窗戶向相機的熱發(fā)射，但只會在窄帶內(nèi)減少成像物體的透射。 ”

抑制熱發(fā)射涂料

這是通過設(shè)計一種超材料來實現(xiàn)的，該超材料由兩層不同類型的諧振器組成，并由間隔層隔開。該設(shè)計使涂料能夠抑制朝向相機的熱輻射，同時保持足夠的透明度，以捕獲來自窗戶后面物體的熱輻射。

“我們對這個問題的解決方案受到了量子力學和非厄米光學的啟發(fā)，”萊斯大學工程博士生、該研究的第一作者Ciril Samuel Prasad說。

結(jié)果是革命性的非對稱元窗口能夠在高達873°K（約600°C）的溫度下形成清晰的熱成像。

水仙效應(yīng)

這一突破的意義重大。一種直接的應(yīng)用是化學加工，其中監(jiān)測高溫室內(nèi)的反應(yīng)至關(guān)重要。

除了工業(yè)用途之外，這種方法還可能通過解決長期存在的“水仙效應(yīng)”（相機本身的熱發(fā)射干擾成像）來徹底改變高光譜熱成像。研究人員設(shè)想在節(jié)能、輻射冷卻甚至國防系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中精確的熱成像是必不可少的。

“這是一項顛覆性創(chuàng)新，”研究人員指出。 “我們不僅解決了長期存在的問題，而且為極端條件下的成像打開了新的大門。使用超表面和諧振器作為設(shè)計工具可能會改變熱成像以外的許多領(lǐng)域，從能量收集到先進的傳感技術(shù)。

美國陸軍研究實驗室的高級科學家、萊斯大學的兼職教授亨利·埃弗里特（Henry Everitt）也是該研究的作者之一。該研究得到了美國陸軍研究辦公室的支持，合作協(xié)議編號為W911NF2120031。