|
美國研究人員研發出一獨特塗層，能對熱成像攝影機隱藏真實溫度。此技術有賴於氧化釩(vanadium oxide)與溫度有關的反射性質。氧化釩在某特定溫度時會產生激烈的電子性質變化。當從室溫加熱至80 °C時，材料的熱輻射一開始正常地增加，直到74 °C時，熱輻射突然降低至比實際溫度少20 °C。此令人驚訝的結果可望應用於軍事用途、通訊系統並有助於未來超穎材料的研究。
此實驗由美國哈佛(Harvard)大學Federico Capasso研究團隊所完成。他們發現氧化釩在加溫過程中會從絕緣態轉變為導電金屬態，此外，原本對於紅外光透明的性質亦轉變成反射性。不過此轉變並非突如其來，在這兩狀態間氧化釩行為如同高吸收電介質。在如此情況下，把氧化釩薄膜放置於高反射基板(如藍寶石)時，如此結構不是高吸收性便是高反射性，取決於環境溫度。
因為這些性質控制了物體的熱輸出，此結構的輻射率(emissivity)亦隨溫度有著相當程度的改變。於是，當溫度的升高致使氧化釩轉變時，結構的輻射率會突然降低，導致紅外線攝影機判讀出較低的溫度值。團隊成員Mikhail Kats解釋，幾乎所有物體在受熱時都會放出光線，譬如熱爐台和白熾燈泡。他們的實驗證實了如此結構在某溫度範圍中，加熱反而導致熱輻射的減少。
基於此概念證明的研究，該團隊認為該技術在稍作修改後能有諸多應用。例如使用銦錫氧化物(indium tin oxide)作為基板，或是利用摻雜、施加張力等其他方式調整氧化釩塗層，以期能控制此熱效應發生的波長和溫度範圍。
他們同時發現，出現於氧化釩轉變時的奈米結構可用來實現某種程度的可調性。他們把如此自發性結構材料稱為「自然無序的超穎材料」(natural, disordered metamaterial)。Capasso指出，要在材料內人工製作如此奈米結構極為困難，然而自然界所提供的超穎材料能用來產生他們所要的特性，並藉此打造新型元件。例如，鎢摻雜可將此效應發生的溫度降至室溫，如此塗層可使車輛躲避紅外線攝影機的偵測。同樣地，不同的塗層可望使用於通訊、更為敏感的紅外線溫度計遠端量測，或者是可留下隱藏訊息的紅外線黑板等裝置。
除此之外，由於熱輻射會帶走熱量，因此塗層的可調輻射性質可用來加速或減速冷卻速率，可使用於從居家環境到太空衛星等許多場合。該團隊希望在不久的將來能開發出具有應用價值的原型裝置。詳見Phys. Rev. X｜DOI:10.1103/PhysRevX.3.041004。 |