在伸手不見五指(zhǐ)的房間裏看到人或(huò)動物(wù),在千米之外發現隱藏在密林中的敵人……這本是紅外熱像儀引(yǐn)以為豪的獨門絕技,而如今也有了破解之法。
據物理學家組(zǔ)織網報(bào)道(dào),美國哈佛大學工程與應(yīng)用科學學院(SEAS)日前(qián)開發出一(yī)種能夠在紅(hóng)外熱成像儀前掩飾自己實際溫度的主動偽裝材料。這種(zhǒng)材料的獨特性有望在一係列軍事和民用場景中(zhōng)獲得應用,它標誌(zhì)著主動偽(wěi)裝材料已經邁出重要一步。今後(hòu),就算是通(tōng)過紅外熱像儀所觀察到(dào)的溫度也未必就是真的。相關研究發(fā)表在美國物理學會開放獲取期刊《物(wù)理(lǐ)評論X》上。
虛與實
如果(guǒ)在汽車上塗上這種氧化釩偽裝,就能使其像變色龍一樣根據環境改變自己的紅外形(xíng)象,從紅(hóng)外攝像機中(zhōng)看起來就如同(tóng)隱身了一樣。其偽裝效果遠遠超(chāo)過(guò)了目前(qián)所使用的紅外偽裝材料(liào)。
此外,該技術還可以用於戰場(chǎng)上的機密通訊,用特定的溫(wēn)度產生的紅外反(fǎn)應傳遞信息,該材料可被設計為運(yùn)行在特定的紅外波長,讓許多單獨的士兵同時(shí)使用(yòng)。哈佛大學應用物理學與(yǔ)文頓·海(hǎi)斯電氣工程高級研究小組首席聯合研究員費德裏科·卡帕(pà)索和羅(luó)伯特·華萊士教授預測,隻需經過小小的調整就(jiù)可以將其變成一種熱(rè)偽裝材料或者作為一種加密航標,讓士兵在戰場上(shàng)確定相(xiàng)互的位置(zhì)和進行保密通訊。
矛與盾
近年來,紅外線熱成像技術獲得了長(zhǎng)足的發展,尤其是在軍事領域的應用更是達到了讓對(duì)手無處可藏的地步:不少步槍配備(bèi)的熱成像儀的可見距離(lí)已(yǐ)經超過了1000米,有些坦克(kè)和裝甲車的熱瞄準具的可見距離甚至超過了3000米。在(zài)小型化上,不久前美國科學家還開發出了(le)一(yī)種隻有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器(qì),由於體積小、重量輕,它甚至能夠集成到隱形眼鏡(jìng)或手機當中。這讓(ràng)不少人驚呼如今連(lián)熱量這點隱私都保不住了。
由哈佛(fó)大學開發出的這種神奇的偽裝材料有望改變這一切。在實(shí)驗(yàn)中,研究人員首先在一塊金屬板上刷上了這種塗(tú)層(céng),然後通過紅外攝像機觀察其被加熱後的反應。當樣品被加熱後最初的(de)反應和普通材料(liào)相比並無(wú)太大差異:60攝氏度時,塗層在紅外(wài)相機下呈現(xiàn)藍綠(lǜ)色;70攝氏度時呈現紅色和黃色;當溫度達(dá)到74攝氏度時,它呈現出深紅色。但(dàn)之後讓人驚訝的事情發生了,隨著溫度的繼續上升,熱輻射值卻開始暴跌。當溫度(dù)上升到80攝氏度時,塗層在紅外相機中呈現藍色,與其(qí)在被加熱到60攝氏度時出現的顏色類似。而在實際溫度為85攝氏度時,它看起來竟然更冷。此(cǐ)外,研究人員發現,這種神奇的效果還是可逆的,能重複的,在嚐試許多次後仍然有效。
純(chún)與雜
該技術的關鍵在於(yú)一種非常薄的釩氧化物薄膜,這種(zhǒng)材料的特(tè)殊性在於當到達特定溫度時,它的電子會發生戲(xì)劇(jù)性變化,材料的導電(diàn)性能也會隨(suí)之改變。在室溫下,純(chún)釩氧化物是絕緣的,而溫度稍稍升高後(hòu),它會與金屬一樣具有導電(diàn)性。在這(zhè)個轉化過程當中,其(qí)光學特征也會發生變化(huà),隨著溫度(dù)的變化(huà),發出不同顏色的光(guāng)。紅外偽裝隻是(shì)其眾多技能中的一(yī)種。
釩氧化物(wù)能從絕緣體轉化為金(jīn)屬這一現象,早在1959年就已經(jīng)得到了科學家的確認。然而,這種材(cái)料很難(nán)處理,在加熱後其中的晶體會發生膨脹(zhàng),過度的應(yīng)力往往會使(shǐ)材(cái)料出現大量的裂紋,並(bìng)最終導致樣品粉碎。新研(yán)究中,科學家們借助一項新技術,製成了極為純淨的氧化釩薄膜,穩定性極好,從而讓上述實驗成為可能。
研究(jiū)人員還發現,隻要在純淨的樣品中(zhōng)摻入(rù)雜質就(jiù)能人為控製其光學(xué)特征,根據參(cān)入物質(zhì)數量(liàng)和成分(fèn)的不同(tóng),其光學表現也各有不(bú)同。這就為這種材料的應用提供了極大的想象空(kōng)間。例如,在純(chún)淨的氧化釩中(zhōng)摻入鎢,這種塗層的轉化溫度就可以降低到室溫範圍(wéi)以內,隨著溫度的上(shàng)升,熱輻射的偽裝效果也會(huì)更加明顯。