在伸手不見五指的房間裏看到人或動物,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以(yǐ)為豪的獨門絕技,而如今也有了(le)破(pò)解之法。

據物理學家組織網報道,美國哈(hā)佛大學工程與應用科(kē)學學院(SEAS)日前開發出一種能(néng)夠在紅外熱成像儀前掩飾自(zì)己實際溫度的主動偽裝材料(liào)。這種材料的獨特性有(yǒu)望(wàng)在一係列軍(jun1)事和民用場景中獲得(dé)應用,它標(biāo)誌著主動偽裝材料已經邁出重(chóng)要一步。今後,就算是通(tōng)過紅外熱像儀(yí)所觀察(chá)到的溫度也未(wèi)必就是真的。相關研究發表在美國物理學會開放(fàng)獲取期刊《物理評(píng)論X》上。

虛與實

如果在汽車上塗上這種氧化釩偽裝(zhuāng),就能使其像(xiàng)變色龍一樣根據環境改(gǎi)變自己的紅(hóng)外形象,從紅外攝像機中看起來就如同隱身了一樣(yàng)。其偽裝(zhuāng)效果遠遠超過了目前(qián)所使用(yòng)的紅外偽裝材料(liào)。

此外,該技術還可以用於(yú)戰場上的機密(mì)通(tōng)訊(xùn),用特定的溫度產(chǎn)生的紅外反應傳遞信息,該材料可被設計為運行在特定的紅外波長,讓許多單獨的士(shì)兵同(tóng)時使用(yòng)。哈佛大學應(yīng)用物理學與文頓·海斯電(diàn)氣工程高級研(yán)究小組(zǔ)首席聯合研究員費(fèi)德(dé)裏科·卡帕索和羅伯特·華萊士(shì)教授預測,隻需經(jīng)過小小的調整就可以(yǐ)將其變成一種熱偽裝材料或者作為一種加密(mì)航標,讓士兵在(zài)戰場上確定相互的(de)位(wèi)置和進行保密通訊。

 

矛與盾

近年來,紅外線熱成像技術獲得了長足的(de)發展,尤其是在(zài)軍事領域的應用更是達(dá)到了讓對手無處可(kě)藏的地步:不少步槍配備的熱(rè)成像儀的可見距離已經超過了1000米,有些(xiē)坦克和裝甲(jiǎ)車的熱瞄準具(jù)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一種隻有指甲蓋大(dà)小的紅外線圖(tú)像傳感器,由於體積小、重量輕,它甚至能夠集成到(dào)隱形眼鏡或手機當中。這讓不少人驚呼如今連(lián)熱量這點隱私都保不住了。

由哈佛大學開發出的這種神奇的偽裝(zhuāng)材料有望改變這一切(qiē)。在實驗中,研究人員首先在一塊金屬板上刷上了(le)這種塗層,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)反應和普通材料相比(bǐ)並無太大差異:60攝氏度時,塗層在紅外相機下呈現(xiàn)藍綠色;70攝氏度時呈現紅色和黃色(sè);當溫度達到74攝氏度時,它呈現出深紅色。但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(bào)跌。當溫度上升到80攝氏度時,塗層在紅外相機中呈現藍色,與其在被加熱到(dào)60攝氏度時出現的顏色類(lèi)似。而在(zài)實際溫度為85攝氏度時,它看起來竟然更冷。此外,研究人員發現,這種神奇的效(xiào)果還是可逆的,能重複(fù)的,在嚐試許多次後仍然有效。

純與雜

該技術的關鍵在於一種非(fēi)常薄(báo)的釩氧化物薄膜,這種材(cái)料的特殊性在於當(dāng)到達(dá)特(tè)定溫度(dù)時,它的電子會發生戲劇性(xìng)變化,材料的導電性能也會隨(suí)之改變。在室溫(wēn)下,純釩氧化物是絕緣的,而溫度稍稍升高(gāo)後,它會與金屬一樣具有導電(diàn)性(xìng)。在這個轉化過程當中,其光學特征也會發生變化,隨著溫(wēn)度的變(biàn)化,發出不同顏色的光。紅外偽裝隻是其(qí)眾多技能中的一種。

釩氧化物能從絕緣體轉化(huà)為金屬這一現(xiàn)象,早在1959年就已經得到了科學家的確認。然而,這種材料很難處理,在加熱後其中的(de)晶體會發生膨脹,過度的(de)應力往往會使材料出現大量的裂紋,並最終導致樣(yàng)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(chún)淨的氧化釩薄膜,穩定性極好(hǎo),從而讓上述實驗成為可能。

研究人員(yuán)還發現,隻要在純淨的樣品中摻入雜質就能(néng)人為控製其光學特征,根據參入物質數量和成分的不同,其光學表現也各有不同。這就為這種材料的應用提供了(le)極大的想象空間(jiān)。例如,在純淨的(de)氧化釩中摻入鎢,這種塗層的轉化溫度就(jiù)可(kě)以(yǐ)降低(dī)到室溫範圍(wéi)以內,隨著溫度的上升,熱輻射的偽(wěi)裝效果(guǒ)也會更加明顯。