Nova visão para lentes de imagem térmica

Oct 30, 2023

Pesquisadores da Flinders University descobriram um novo material de baixo custo que pode ser transformado em lentes para imagens térmicas – apontando para novas aplicações avançadas de fabricação para essa poderosa tecnologia.

As imagens térmicas e infravermelhas são usadas em muitos setores, incluindo defesa, segurança e vigilância, medicina, engenharia elétrica, exploração espacial e operação autônoma de veículos – mas os materiais necessários são caros e cada vez mais difíceis de encontrar.

São necessárias alternativas de custo mais baixo, então uma equipe multidisciplinar em química e física da Flinders University desenvolveu uma solução em um material polimérico inteiramente novo feito de enxofre e ciclopentadieno. Eles dizem que os polímeros de alto desempenho têm a capacidade única de transmitir luz infravermelha.

"O material combina alto desempenho, baixo custo e fabricação eficiente", diz o doutorando Sam Tonkin, primeiro autor de um novo artigo na revista internacional Advanced Optical Materials.

"Ele tem o potencial de expandir o uso de imagens térmicas para novas indústrias que antes eram limitadas pelo alto custo das lentes de germânio ou calcogeneto. Este é um campo em rápido desenvolvimento que terá avanços empolgantes nos próximos anos", diz ele.

O enxofre é produzido em muitos milhões de toneladas no refino de petróleo. Bilhões de toneladas estão disponíveis em depósitos geológicos. É abundante e barato.

O ciclopentadieno também é derivado de materiais de baixo custo produzidos no refino de petróleo.

As lentes usadas para imagens térmicas são atualmente feitas de vidros de germânio ou calcogeneto. O germânio é um elemento escasso e muito caro. Algumas lentes de germânio podem custar milhares de dólares.

Os vidros de calcogeneto também apresentam deficiências. Por exemplo, eles geralmente são feitos de elementos tóxicos, como arsênico ou selênio.

O co-autor Dr. Le Nhan Pham, pesquisador da Flinders University em química computacional e física, diz que a reação do enxofre e do ciclopentadieno juntos fornece um plástico preto com alta transparência à luz infravermelha.

"Esta é a luz que é detectada pelas câmeras termográficas.

“Este novo material foi projetado para ter uma ampla gama de aplicações potenciais, desde a engenharia espacial até a operação militar e as indústrias civil e aeroespacial”. ele diz.

O polímero pode ser moldado em uma variedade de lentes, que podem ser usadas, por exemplo, para ampliar a imagem em uma câmera térmica. Como o polímero é preto, ele também pode ser usado para ocultar e proteger equipamentos de imagem térmica. O polímero pode, portanto, ser usado como camuflagem para esconder uma câmera usada para vigilância.

A luz infravermelha passa através do polímero, então pode-se ver através dela usando uma câmera infravermelha. Esta propriedade é útil para operações de defesa e vigilância da vida selvagem.

O polímero também tem muitas outras características:

O estudo também relatou alguns avanços científicos importantes, incluindo:

Um novo reator foi projetado para permitir a reação chave. Um dos principais desafios era poder usar os blocos de construção na forma gasosa. O uso de monômeros gasosos era considerado inviável por outros pesquisadores da área.

O estudo também inclui cálculos de mecânica quântica para entender como e por que o material é transparente à luz infravermelha usada em imagens térmicas. Esses insights também serão úteis no futuro para projetar novas lentes com propriedades aprimoradas.

O artigo, 'Imagem térmica e vigilância clandestina usando polímeros de baixo custo com transparência infravermelha de onda longa' (2023) de Samuel J Tonkin, Le Nhan Pham, Jason R Gascooke, Martin R Johnston, Michelle L Coote, Christopher T Gibson e Justin M Chalker foi publicado em Advanced Optical Materials, uma revista líder com foco em pesquisa fundamental e aplicada em interações luz-matéria (Q1, fator de impacto 10). DOI: 10.1002/adom.202300058

Reconhecimento: O estudo foi financiado pelo Flinders University Impact Seed Funding for Early Career Research e pelo Australian Research Council (DP200100090 e FT220100054) concedido ao Future Fellow Prof. Justin Chalker. Suporte adicional para cálculos de mecânica quântica também foi fornecido pelo ARC à Prof. Michelle Coote (DP210100025).