據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）日前開(kāi)發(fā)出一種能夠在紅外熱成像儀前掩飾自己實(shí)際溫度的主動(dòng)偽裝材料。這種材料的獨(dú)特性有望在一系列軍事和民用場(chǎng)景中獲得應(yīng)用，它標(biāo)志著主動(dòng)偽裝材料已經(jīng)邁出重要一步。今后，就算是通過(guò)紅外熱像儀所觀察到的溫度也未必就是真的。相關(guān)研究發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)開(kāi)放獲取期刊《物理評(píng)論X》上。
矛與盾
近年來(lái)，紅外線熱成像技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用更是達(dá)到了讓對(duì)手無(wú)處可藏的地步：不少步槍配備的熱成像儀的可見(jiàn)距離已經(jīng)超過(guò)了1000米，有些坦克和裝甲車的熱瞄準(zhǔn)具的可見(jiàn)距離甚至超過(guò)了3000米。在小型化上，不久前美國(guó)科學(xué)家還開(kāi)發(fā)出了一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器，由于體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機(jī)當(dāng)中。這讓不少人驚呼如今連熱量這點(diǎn)隱私都保不住了。
由哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)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涂層，然后通過(guò)紅外攝像機(jī)觀察其被加熱后的反應(yīng)。當(dāng)樣品被加熱后最初的反應(yīng)和普通材料相比并無(wú)太大差異：60攝氏度時(shí)，涂層在紅外相機(jī)下呈現(xiàn)藍(lán)綠色；70攝氏度時(shí)呈現(xiàn)紅色和黃色；當(dāng)溫度達(dá)到74攝氏度時(shí)，它呈現(xiàn)出深紅色。但之后讓人驚訝的事情發(fā)生了，隨著溫度的繼續(xù)上升，熱輻射值卻開(kāi)始暴跌。當(dāng)溫度上升到80攝氏度時(shí)，涂層在紅外相機(jī)中呈現(xiàn)藍(lán)色，與其在被加熱到60攝氏度時(shí)出現(xiàn)的顏色類似。而在實(shí)際溫度為85攝氏度時(shí)，它看起來(lái)竟然更冷。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種神奇的效果還是可逆的，能重復(fù)的，在嘗試許多次后仍然有效。
純與雜
該技術(shù)的關(guān)鍵在于一種非常薄的釩氧化物薄膜，這種材料的特殊性在于當(dāng)?shù)竭_(dá)特定溫度時(shí)，它的電子會(huì)發(fā)生戲劇性變化，材料的導(dǎo)電性能也會(huì)隨之改變。在室溫下，純釩氧化物是絕緣的，而溫度稍稍升高后，它會(huì)與金屬一樣具有導(dǎo)電性。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程當(dāng)中，其光學(xué)特征也會(huì)發(fā)生變化，隨著溫度的變化，發(fā)出不同顏色的光。紅外偽裝只是其眾多技能中的一種。
釩氧化物能從絕緣體轉(zhuǎn)化為金屬這一現(xiàn)象，早在1959年就已經(jīng)得到了科學(xué)家的確認(rèn)。然而，這種材料很難處理，在加熱后其中的晶體會(huì)發(fā)生膨脹，過(guò)度的應(yīng)力往往會(huì)使材料出現(xiàn)大量的裂紋，并最終導(dǎo)致樣品粉碎。新研究中，科學(xué)家們借助一項(xiàng)新技術(shù)，制成了極為純凈的氧化釩薄膜，穩(wěn)定性極好，從而讓上述實(shí)驗(yàn)成為可能。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，只要在純凈的樣品中摻入雜質(zhì)就能人為控制其光學(xué)特征，根據(jù)摻入物質(zhì)數(shù)量和成分的不同，其光學(xué)表現(xiàn)也各有不同。這就為這種材料的應(yīng)用提供了極大的想象空間。例如，在純凈的氧化釩中摻入鎢，這種涂層的轉(zhuǎn)化溫度就可以降低到室溫范圍以內(nèi)，隨著溫度的上升，熱輻射的偽裝效果也會(huì)更加明顯。
虛與實(shí)
如果在汽車上涂上這種氧化釩偽裝，就能使其像變色龍一樣根據(jù)環(huán)境改變自己的紅外形象，從紅外攝像機(jī)中看起來(lái)就如同隱身了一樣。其偽裝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前所使用的紅外偽裝材料。
此外，該技術(shù)還可以用于戰(zhàn)場(chǎng)上的機(jī)密通訊，用特定的溫度產(chǎn)生的紅外反應(yīng)傳遞信息，該材料可被設(shè)計(jì)為運(yùn)行在特定的紅外波長(zhǎng)，讓許多單獨(dú)的士兵同時(shí)使用。哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)與文頓·海斯電氣工程高級(jí)研究小組首席聯(lián)合研究員費(fèi)德里科·卡帕索和羅伯特·華萊士教授預(yù)測(cè)，只需經(jīng)過(guò)小小的調(diào)整就可以將其變成一種熱偽裝材料或者作為一種加密航標(biāo)，讓士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上確定相互的位置和進(jìn)行保密通訊。
由于熱輻射攜帶熱量，類似的效果可以用于建筑或衛(wèi)星的快速加熱或散熱上。哈佛的研究小組另一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)是，發(fā)現(xiàn)了氧化釩納米結(jié)構(gòu)隨著溫度的升高呈現(xiàn)一種獨(dú)特的可調(diào)節(jié)性，能用于抑制熱輻射。
卡帕索說(shuō)：“要人為制造這樣一種具有內(nèi)三維結(jié)構(gòu)的材料是極其困難的。大自然給了我們想要的，而且是免費(fèi)的。通過(guò)使用這些大自然中的超材料并讓它們?yōu)槲宜?，我們開(kāi)辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，一個(gè)全新的工作方向。根據(jù)這一特性我們能夠設(shè)計(jì)出眾多全新的設(shè)備和應(yīng)用。”
矛與盾
近年來(lái)，紅外線熱成像技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用更是達(dá)到了讓對(duì)手無(wú)處可藏的地步：不少步槍配備的熱成像儀的可見(jiàn)距離已經(jīng)超過(guò)了1000米，有些坦克和裝甲車的熱瞄準(zhǔn)具的可見(jiàn)距離甚至超過(guò)了3000米。在小型化上，不久前美國(guó)科學(xué)家還開(kāi)發(fā)出了一種只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器，由于體積小、重量輕，它甚至能夠集成到隱形眼鏡或手機(jī)當(dāng)中。這讓不少人驚呼如今連熱量這點(diǎn)隱私都保不住了。
由哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)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涂層，然后通過(guò)紅外攝像機(jī)觀察其被加熱后的反應(yīng)。當(dāng)樣品被加熱后最初的反應(yīng)和普通材料相比并無(wú)太大差異：60攝氏度時(shí)，涂層在紅外相機(jī)下呈現(xiàn)藍(lán)綠色；70攝氏度時(shí)呈現(xiàn)紅色和黃色；當(dāng)溫度達(dá)到74攝氏度時(shí)，它呈現(xiàn)出深紅色。但之后讓人驚訝的事情發(fā)生了，隨著溫度的繼續(xù)上升，熱輻射值卻開(kāi)始暴跌。當(dāng)溫度上升到80攝氏度時(shí)，涂層在紅外相機(jī)中呈現(xiàn)藍(lán)色，與其在被加熱到60攝氏度時(shí)出現(xiàn)的顏色類似。而在實(shí)際溫度為85攝氏度時(shí)，它看起來(lái)竟然更冷。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種神奇的效果還是可逆的，能重復(fù)的，在嘗試許多次后仍然有效。
純與雜
該技術(shù)的關(guān)鍵在于一種非常薄的釩氧化物薄膜，這種材料的特殊性在于當(dāng)?shù)竭_(dá)特定溫度時(shí)，它的電子會(huì)發(fā)生戲劇性變化，材料的導(dǎo)電性能也會(huì)隨之改變。在室溫下，純釩氧化物是絕緣的，而溫度稍稍升高后，它會(huì)與金屬一樣具有導(dǎo)電性。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程當(dāng)中，其光學(xué)特征也會(huì)發(fā)生變化，隨著溫度的變化，發(fā)出不同顏色的光。紅外偽裝只是其眾多技能中的一種。
釩氧化物能從絕緣體轉(zhuǎn)化為金屬這一現(xiàn)象，早在1959年就已經(jīng)得到了科學(xué)家的確認(rèn)。然而，這種材料很難處理，在加熱后其中的晶體會(huì)發(fā)生膨脹，過(guò)度的應(yīng)力往往會(huì)使材料出現(xiàn)大量的裂紋，并最終導(dǎo)致樣品粉碎。新研究中，科學(xué)家們借助一項(xiàng)新技術(shù)，制成了極為純凈的氧化釩薄膜，穩(wěn)定性極好，從而讓上述實(shí)驗(yàn)成為可能。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，只要在純凈的樣品中摻入雜質(zhì)就能人為控制其光學(xué)特征，根據(jù)摻入物質(zhì)數(shù)量和成分的不同，其光學(xué)表現(xiàn)也各有不同。這就為這種材料的應(yīng)用提供了極大的想象空間。例如，在純凈的氧化釩中摻入鎢，這種涂層的轉(zhuǎn)化溫度就可以降低到室溫范圍以內(nèi)，隨著溫度的上升，熱輻射的偽裝效果也會(huì)更加明顯。
虛與實(shí)
如果在汽車上涂上這種氧化釩偽裝，就能使其像變色龍一樣根據(jù)環(huán)境改變自己的紅外形象，從紅外攝像機(jī)中看起來(lái)就如同隱身了一樣。其偽裝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前所使用的紅外偽裝材料。
此外，該技術(shù)還可以用于戰(zhàn)場(chǎng)上的機(jī)密通訊，用特定的溫度產(chǎn)生的紅外反應(yīng)傳遞信息，該材料可被設(shè)計(jì)為運(yùn)行在特定的紅外波長(zhǎng)，讓許多單獨(dú)的士兵同時(shí)使用。哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)與文頓·海斯電氣工程高級(jí)研究小組首席聯(lián)合研究員費(fèi)德里科·卡帕索和羅伯特·華萊士教授預(yù)測(cè)，只需經(jīng)過(guò)小小的調(diào)整就可以將其變成一種熱偽裝材料或者作為一種加密航標(biāo)，讓士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上確定相互的位置和進(jìn)行保密通訊。
由于熱輻射攜帶熱量，類似的效果可以用于建筑或衛(wèi)星的快速加熱或散熱上。哈佛的研究小組另一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)是，發(fā)現(xiàn)了氧化釩納米結(jié)構(gòu)隨著溫度的升高呈現(xiàn)一種獨(dú)特的可調(diào)節(jié)性，能用于抑制熱輻射。
卡帕索說(shuō)：“要人為制造這樣一種具有內(nèi)三維結(jié)構(gòu)的材料是極其困難的。大自然給了我們想要的，而且是免費(fèi)的。通過(guò)使用這些大自然中的超材料并讓它們?yōu)槲宜?，我們開(kāi)辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，一個(gè)全新的工作方向。根據(jù)這一特性我們能夠設(shè)計(jì)出眾多全新的設(shè)備和應(yīng)用。”
