熱画像レンズの新たなビジョン

Oct 30, 2023

フリンダース大学の研究者は、熱画像用レンズに製造できる新しい低コスト材料を発見しました。これは、この強力な技術の新しい高度な製造用途を示唆しています。

熱画像および赤外線画像は、防衛、セキュリティおよび監視、医療、電気工学、宇宙探査、自動運転などの多くの業界で使用されていますが、必要な材料は高価であり、入手がますます困難になっています。

より低コストの代替手段が必要とされているため、フリンダース大学の化学と物理学の学際的なチームは、硫黄とシクロペンタジエンから作られたまったく新しいポリマー材料による解決策を開発しました。 高性能ポリマーには赤外線を透過する独特の能力があるという。

「この材料は、高性能、低コスト、効率的な製造を兼ね備えています」と、国際的な Advanced Optical Materials ジャーナルの新しい記事の筆頭著者である博士候補者 Sam Tonkin 氏は述べています。

「ゲルマニウムやカルコゲナイドレンズの高コストによって以前は制限されていた新しい産業にサーマルイメージングの利用を拡大する可能性があります。これは急速に発展している分野であり、今後数年間でエキサイティングな進歩が見られるでしょう。」と彼は言います。

硫黄は石油精製で何百万トンも生産されます。 地質鉱床には何十億トンも存在します。 量も多くて安いです。

シクロペンタジエンは、石油精製で生成される低コストの原料からも得られます。

サーマルイメージングに使用されるレンズは現在、ゲルマニウムまたはカルコゲナイドガラスで作られています。 ゲルマニウムは不足している元素であり、非常に高価です。 ゲルマニウムレンズの中には数千ドルかかるものもあります。

カルコゲナイドガラスにも欠点があります。 たとえば、それらはヒ素やセレンなどの有毒元素で作られていることがよくあります。

共著者でフリンダース大学の計算化学および物理化学の研究者であるレ・ニャン・ファム博士は、硫黄とシクロペンタジエンを反応させると、赤外光に対して高い透明性を備えた黒色のプラスチックが得られると述べている。

「これは熱画像カメラによって検出される光です。

「この斬新な材料は、宇宙工学から軍事作戦、民間産業や航空宇宙産業に至るまで、幅広い用途が期待できるように設計されました。」 彼は言い​​ます。

ポリマーはさまざまなレンズに成形でき、たとえばサーマルカメラの画像を拡大するために使用できます。 ポリマーは黒色であるため、赤外線画像装置を隠して保護するためにも使用できます。 したがって、このポリマーは監視に使用されるカメラを隠すためのカモフラージュとして使用できます。

赤外線はポリマーを通過するため、赤外線カメラを使用するとポリマーを通して見ることができます。 この特性は防衛作戦や野生動物の監視に役立ちます。

このポリマーには他にも多くの特徴があります。

この研究では、次のようないくつかの重要な科学的進歩も報告されました。

重要な反応を可能にするために新しい反応器が設計されました。 重要な課題は、構成要素をガス状で使用できるようにすることでした。 ガス状モノマーの使用は、この分野の他の研究者によって以前は不可能であると考えられていました。

この研究には、熱画像で使用される赤外線に対して材料がどのように、そしてなぜ透明なのかを理解するための量子力学的計算も含まれています。 これらの洞察は、将来、特性がさらに向上した新しいレンズを設計するのにも役立ちます。

論文「長波赤外線透過性を備えた低コストポリマーを使用したサーマルイメージングと秘密監視」(2023 年)、Samuel J Tonkin、Le Nhan Pham、Jason R Gascooke、Martin R Johnston、Michelle L Coote、Christopher T Gibson、Justin によるM Chalker は、光と物質の相互作用 (第 1 四半期、インパクトファクター 10) の基礎および応用研究に焦点を当てた有力ジャーナルである Advanced Optical Materials に掲載されました。 DOI: 10.1002/adom.202300058

謝辞：この研究は、フリンダース大学の初期キャリア研究者向けインパクトシード基金と、将来フェローのジャスティン・チョーカー教授に授与されたオーストラリア研究評議会（DP200100090およびFT220100054）によって資金提供されました。 量子力学計算の追加サポートも、ARC によって Michelle Coote 教授 (DP210100025) に提供されました。

背景: この研究の実験作業はサミュエル・トンキンが主導しました。 重要な分光学的洞察は、Jason Gascooke 博士、Martin Johnston 准教授、Christopher Gibson 博士によって提供されました。 Le Nhan Pham 博士は、ポリマーの光学特性を説明し、予測するコンピューター研究を実施しました。 監督チームには、計算研究を指揮したミシェル・クート教授と、プロジェクトの化学合成および特性評価の側面を指揮したギブソン博士とジャスティン・チョーカー教授が含まれていました。 この共同研究に対する追加の意見は、共著者のガスコック博士、ジョンストン准教授、ギブソン博士、クート教授、チョーカー教授から提供されました。