研究人员开发出通过热窗增强热成像的涂料

慧正资讯：莱斯大学一个科学团队解决了热成像领域一个长期存在的问题，使通过热窗捕捉物体的清晰图像成为可能。成像应用在一系列领域，例如安全、监视、工业研究和诊断，可以从研究结果中受益。

控制热辐射发射和传输控制

一种可能的解决方案是在窗户上涂上一层材料，抑制热光射向相机，但这也会使窗户变得不透明。为了解决这个问题，研究人员开发了一种涂料，它依靠工程不对称性来过滤掉热窗的热噪声，与传统方法相比，热成像的对比度提高了一倍。

“假设你想使用热成像来监测高温反应室中的化学反应， 你将面临的问题是窗户本身发出的热辐射淹没了摄像头，遮挡了另一侧物体的视野。”莱斯大学电气和计算机工程副教授、该研究的通讯作者Gururaj Naik说。

这一突破的核心在于纳米级谐振器的设计，其功能就像微型音叉一样，可以捕获和增强特定频率内的电磁波。谐振器由硅制成，排列成精确的阵列，可以很好地控制窗口发射和传递热辐射的方式。

“对我们来说，一个有趣的问题是，是否有可能抑制窗口向相机发射的热辐射，同时保持待可视化物体侧面的良好传输，”Naik说。

“信息论规定，在任何被动系统中，答案都是‘不’。然而，实际上有一个漏洞——相机在有限的带宽下运行。我们利用了这个漏洞，创造了一种涂料，可以在宽频带内抑制窗户向相机的热发射，但只会在窄带内减少成像物体的透射。 ”

抑制热发射涂料

这是通过设计一种超材料来实现的，该超材料由两层不同类型的谐振器组成，并由间隔层隔开。该设计使涂料能够抑制朝向相机的热辐射，同时保持足够的透明度，以捕获来自窗户后面物体的热辐射。

“我们对这个问题的解决方案受到了量子力学和非厄米光学的启发，”莱斯大学工程博士生、该研究的第一作者Ciril Samuel Prasad说。

结果是革命性的非对称元窗口能够在高达873°K（约600°C）的温度下形成清晰的热成像。

水仙效应

这一突破的意义重大。一种直接的应用是化学加工，其中监测高温室内的反应至关重要。

除了工业用途之外，这种方法还可能通过解决长期存在的“水仙效应”（相机本身的热发射干扰成像）来彻底改变高光谱热成像。研究人员设想在节能、辐射冷却甚至国防系统中的应用，其中精确的热成像是必不可少的。

“这是一项颠覆性创新，”研究人员指出。 “我们不仅解决了长期存在的问题，而且为极端条件下的成像打开了新的大门。使用超表面和谐振器作为设计工具可能会改变热成像以外的许多领域，从能量收集到先进的传感技术。

美国陆军研究实验室的高级科学家、莱斯大学的兼职教授亨利·埃弗里特（Henry Everitt）也是该研究的作者之一。该研究得到了美国陆军研究办公室的支持，合作协议编号为W911NF2120031。