Nueva visión para lentes termográficas

Oct 30, 2023

Investigadores de la Universidad de Flinders han descubierto un nuevo material de bajo costo que se puede convertir en lentes para imágenes térmicas, lo que apunta a nuevas aplicaciones de fabricación avanzadas para esta poderosa tecnología.

Las imágenes térmicas e infrarrojas se utilizan en muchas industrias, incluidas la defensa, la seguridad y la vigilancia, la medicina, la ingeniería eléctrica, la exploración espacial y la operación de vehículos autónomos, pero los materiales necesarios son caros y cada vez más difíciles de encontrar.

Se necesitan alternativas de menor costo, por lo que un equipo multidisciplinario de química y física de la Universidad de Flinders ha desarrollado una solución en un material polimérico completamente nuevo hecho de azufre y ciclopentadieno. Dicen que los polímeros de alto rendimiento tienen la capacidad única de transmitir luz infrarroja.

"El material combina alto rendimiento, bajo costo y fabricación eficiente", dice el candidato a doctorado Sam Tonkin, primer autor de un nuevo artículo en la revista internacional Advanced Optical Materials.

"Tiene el potencial de expandir el uso de imágenes térmicas a nuevas industrias que anteriormente estaban limitadas por el alto costo de las lentes de germanio o calcogenuro. Este es un campo en rápido desarrollo que verá avances emocionantes en los próximos años", dice.

El azufre se produce en muchos millones de toneladas en la refinación de petróleo. Miles de millones de toneladas están disponibles en depósitos geológicos. Es abundante y barato.

El ciclopentadieno también se deriva de materiales de bajo costo producidos en la refinación de petróleo.

Actualmente, las lentes utilizadas para la termografía se fabrican con vidrios de germanio o calcogenuro. El germanio es un elemento escaso y muy caro. Algunas lentes de germanio pueden costar miles de dólares.

Los vidrios de calcogenuro también tienen deficiencias. Por ejemplo, a menudo están hechos de elementos tóxicos como el arsénico o el selenio.

El coautor, el Dr. Le Nhan Pham, investigador de química física y computacional de la Universidad de Flinders, dice que la reacción del azufre y el ciclopentadieno juntos proporciona un plástico negro con alta transparencia a la luz infrarroja.

"Esta es la luz que detectan las cámaras termográficas.

"Este material novedoso fue diseñado para tener una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde la ingeniería espacial hasta las operaciones militares y las industrias civil y aeroespacial". él dice.

El polímero se puede moldear en una variedad de lentes, que se pueden usar, por ejemplo, para ampliar la imagen en una cámara térmica. Debido a que el polímero es negro, también se puede usar para ocultar y proteger equipos de imágenes térmicas. Por lo tanto, el polímero se puede utilizar como camuflaje para ocultar una cámara utilizada para vigilancia.

La luz infrarroja atraviesa el polímero, por lo que se puede ver a través de él con una cámara infrarroja. Esta propiedad es útil para operaciones de defensa y vigilancia de la vida silvestre.

El polímero también tiene muchas otras características:

El estudio también informó algunos avances científicos clave, que incluyen:

Se diseñó un nuevo reactor para permitir la reacción clave. Un desafío clave fue poder utilizar los componentes básicos en forma gaseosa. Anteriormente, otros investigadores en el área pensaban que el uso de monómeros gaseosos no era posible.

El estudio también incluye cálculos de mecánica cuántica para comprender cómo y por qué el material es transparente a la luz infrarroja utilizada en la imagen térmica. Estos conocimientos también serán útiles en el futuro para diseñar nuevas lentes con propiedades mejoradas.

El artículo, 'Imágenes térmicas y vigilancia clandestina usando polímeros de bajo costo con transparencia infrarroja de onda larga' (2023) por Samuel J Tonkin, Le Nhan Pham, Jason R Gascooke, Martin R Johnston, Michelle L Coote, Christopher T Gibson y Justin M Chalker ha sido publicado en Advanced Optical Materials, una revista líder que se centra en la investigación fundamental y aplicada en las interacciones luz-materia (Q1, factor de impacto 10). DOI: 10.1002/adom.202300058

Reconocimiento: El estudio fue financiado por el Fondo Semilla de Impacto de la Universidad de Flinders para Investigadores Tempranos en la Carrera y el Consejo de Investigación de Australia (DP200100090 y FT220100054) otorgado al Futuro Becario Profesor Justin Chalker. El ARC también proporcionó apoyo adicional para los cálculos de mecánica cuántica a la profesora Michelle Coote (DP210100025).

Antecedentes: el trabajo experimental para el estudio fue dirigido por Samuel Tonkin. El Dr. Jason Gascooke, el profesor asociado Martin Johnston y el Dr. Christopher Gibson proporcionaron información espectroscópica clave. El Dr. Le Nhan Pham llevó a cabo estudios computacionales que explican y predicen las propiedades ópticas del polímero. El equipo de supervisión incluyó a la profesora Michelle Coote, quien dirigió los estudios computacionales, y al Dr. Gibson y al profesor Justin Chalker, quienes dirigieron los aspectos de caracterización y síntesis química del proyecto. La información adicional sobre este estudio colaborativo provino de los coautores, el Dr. Gascooke, el profesor asociado Johnston, el Dr. Gibson, el profesor Coote y el profesor Chalker.