Nuova visione per le lenti per imaging termico

Oct 30, 2023

I ricercatori della Flinders University hanno scoperto un nuovo materiale a basso costo che può essere trasformato in lenti per la termografia, il che indica nuove applicazioni di produzione avanzate per questa potente tecnologia.

L’imaging termico e a infrarossi viene utilizzato in molti settori, tra cui la difesa, la sicurezza e la sorveglianza, la medicina, l’ingegneria elettrica, l’esplorazione dello spazio e il funzionamento di veicoli autonomi, ma i materiali richiesti sono costosi e diventano sempre più difficili da trovare.

Sono necessarie alternative a basso costo, quindi un team multidisciplinare di chimica e fisica della Flinders University ha sviluppato una soluzione in un materiale polimerico completamente nuovo a base di zolfo e ciclopentadiene. Dicono che i polimeri ad alte prestazioni hanno la capacità unica di trasmettere la luce infrarossa.

"Il materiale combina prestazioni elevate, basso costo e produzione efficiente", afferma il dottorando Sam Tonkin, primo autore di un nuovo articolo sulla rivista internazionale Advanced Optical Materials.

"Ha il potenziale per espandere l'uso della termografia a nuovi settori che in precedenza erano limitati dal costo elevato delle lenti in germanio o calcogenuro. Si tratta di un campo in rapido sviluppo che vedrà progressi entusiasmanti nei prossimi anni", afferma.

Lo zolfo viene prodotto in molti milioni di tonnellate nella raffinazione del petrolio. Miliardi di tonnellate sono disponibili nei depositi geologici. È abbondante ed economico.

Il ciclopentadiene è anche derivato da materiali a basso costo prodotti nella raffinazione del petrolio.

Le lenti utilizzate per la termografia sono attualmente realizzate con vetri di germanio o calcogenuro. Il germanio è un elemento che scarseggia ed è molto costoso. Alcune lenti al germanio possono costare migliaia di dollari.

Anche i vetri al calcogenuro presentano dei difetti. Ad esempio, sono spesso costituiti da elementi tossici come l'arsenico o il selenio.

Il coautore, il dottor Le Nhan Pham, ricercatore in chimica computazionale e fisica della Flinders University, afferma che la reazione congiunta di zolfo e ciclopentadiene fornisce una plastica nera con elevata trasparenza alla luce infrarossa.

"Questa è la luce rilevata dalle termocamere.

"Questo nuovo materiale è stato progettato per avere una vasta gamma di potenziali applicazioni, dall'ingegneria spaziale alle operazioni militari, fino all'industria civile e aerospaziale." lui dice.

Il polimero può essere modellato in una varietà di lenti, che possono essere utilizzate, ad esempio, per ingrandire l'immagine in una termocamera. Poiché il polimero è nero, può essere utilizzato anche per nascondere e proteggere apparecchiature di imaging termico. Il polimero può quindi essere utilizzato come mimetismo per nascondere una telecamera utilizzata per la sorveglianza.

La luce infrarossa passa attraverso il polimero, quindi è possibile vedere attraverso di esso utilizzando una telecamera a infrarossi. Questa proprietà è utile per operazioni di difesa e sorveglianza della fauna selvatica.

Il polimero ha anche molte altre caratteristiche:

Lo studio ha inoltre riportato alcuni importanti progressi scientifici, tra cui:

È stato progettato un nuovo reattore per consentire la reazione chiave. Una sfida fondamentale era riuscire a utilizzare i mattoni in forma gassosa. In precedenza altri ricercatori del settore ritenevano che l'uso di monomeri gassosi non fosse possibile.

Lo studio include anche calcoli di meccanica quantistica per comprendere come e perché il materiale è trasparente alla luce infrarossa utilizzata nella termografia. Queste intuizioni saranno utili anche in futuro per progettare nuove lenti con proprietà ulteriormente migliorate.

L'articolo, "Imaging termico e sorveglianza clandestina utilizzando polimeri a basso costo con trasparenza all'infrarosso a onda lunga" (2023) di Samuel J Tonkin, Le Nhan Pham, Jason R Gascooke, Martin R Johnston, Michelle L Coote, Christopher T Gibson e Justin M Chalker è stato pubblicato su Advanced Optical Materials, una rivista leader focalizzata sulla ricerca fondamentale e applicata nelle interazioni luce-materia (Q1, fattore di impatto 10). DOI: 10.1002/adom.202300058

Riconoscimento: lo studio è stato finanziato dall'Impact Seed Funding for Early Career Researchers della Flinders University e dall'Australian Research Council (DP200100090 e FT220100054) assegnato al futuro collega Prof Justin Chalker. Ulteriore supporto per i calcoli quantomeccanici è stato fornito dall'ARC anche alla professoressa Michelle Coote (DP210100025).