新型量子材料在紅外攝像機(jī)中的應(yīng)用

（文章來源：量子認(rèn)知）

我們許多人都知道，紅外攝像機(jī)是一種使用物體散發(fā)出的紅外線進(jìn)行感光成像的設(shè)備，就象使用可見光形成圖像的普通相機(jī)。 紅外攝像頭對可見光攝像頭的波長范圍從1000 nm（1μm）到14,000 nm（14μm）敏感，而不是可見光攝像頭的400-700納米范圍。這種設(shè)備被廣泛運(yùn)用在軍事、消防、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、海關(guān)檢查等領(lǐng)域。

紅外熱像儀通過散發(fā)的熱量檢測人和其他物體?，F(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種材料，通過掩蓋目標(biāo)物的熱特性來隱藏目標(biāo)物，連紅外攝像機(jī)也捕捉不到，具有不可思議的能力。這項(xiàng)最近研究成果是由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、哈佛大學(xué)、普渡大學(xué)、麻省理工學(xué)院和布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師組成的研究團(tuán)隊(duì)取得的。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在最新的《美國國家科學(xué)院院刊》上。

科學(xué)家們認(rèn)為，這項(xiàng)研究成果距離釋放量子材料的全部潛力僅一步之遙。使該材料與眾不同的是其量子特性，這是經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的性質(zhì)。這項(xiàng)研究中的量子材料是如何誘騙紅外攝像機(jī)的呢？它將物體的溫度與熱輻射解耦分開，這有點(diǎn)違反人們基于基本物理定律的直覺。這種直覺認(rèn)為，物體的溫度與熱輻射不能分開。正是通過這種解耦分開，可以使連紅外熱像儀也捕捉不到有關(guān)物體溫度的信息。

這一發(fā)現(xiàn)并沒有違反任何物理定律，但是研究表明，這些定律可能比傳統(tǒng)上所認(rèn)為的物理定律要更為靈活。量子現(xiàn)象往往令人驚訝。幾十年來，有些材料的一些特性一直是個(gè)謎，這些材料如一種稱為氧化釤鎳（samarium nickel oxide）的材料。釤是一種化學(xué)元素，符號為Sm，原子序數(shù)為 62。釤是一種中等硬度的銀白色金屬，在空氣中容易氧化。它屬于典型的鑭系元素，氧化態(tài)通常為+3。

鎳形成一系列混合氧化物，通常稱為鎳酸鹽。 鎳酸根是含有鎳的陰離子或含有鎳酸根陰離子的鹽，或含有與氧和其他元素結(jié)合的鎳的雙化合物。 鎳可以處于不同的甚至混合的氧化態(tài)，范圍從+ 1，+ 2，+ 3到+4。 陰離子可包含單個(gè)鎳離子或多個(gè)鎳離子以形成簇離子。 固體混合氧化物化合物通常是陶瓷，但也可以是金屬。 它們具有多種電和磁性能。 稀土元素形成一系列鈣鈦礦型鎳酸鹽，其性質(zhì)隨稀土元素的變化而系統(tǒng)地變化。 通過元素的混合，施加壓力或壓力或改變物理形式，可以對屬性進(jìn)行微調(diào)。

普渡大學(xué)的材料工程科學(xué)家在過去10年里一直在研究氧化釤鎳。今年早些時(shí)候，他們的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，這種材料還具有與反直覺的功能，即當(dāng)從其分子結(jié)構(gòu)中除去氧氣時(shí)，它在低氧環(huán)境中是良好的電流絕緣體，而不是原來所認(rèn)為的是不穩(wěn)定的導(dǎo)體。

另外，釤鎳氧化物是可以在高溫下從絕緣體轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電體的幾種材料之一。研究人員從而設(shè)想到，之所以具有這種特性，是因?yàn)闇囟群蜔彷椛?a href="http://www.ttokpm.com/tags/耦合/" target="_blank">耦合的結(jié)果。研究人員指出，這種耦合的工程熱輻射有望控制熱傳遞，并使通過紅外成像識(shí)別和探測物體變得更容易或更困難。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室里在藍(lán)寶石襯底上創(chuàng)建了氧化釤鎳薄膜，測量了材料在加熱和冷卻時(shí)的光譜發(fā)射并捕獲了紅外圖像。與其他材料不同，釤鎳氧化物在加熱時(shí)幾乎不會(huì)變熱，并保持在105到135攝氏度之間。

通常，當(dāng)加熱或冷卻材料時(shí)，電阻變化緩慢。但是對于氧化釤鎳物，電阻卻以非常規(guī)的方式從絕緣狀態(tài)更改為導(dǎo)電狀態(tài)，從而在一定溫度范圍程度上保持其幾乎相同的熱發(fā)光特性。由于溫度變化時(shí)熱輻射不會(huì)改變，這意味著兩者在一定溫度范圍內(nèi)是不耦合、可分開的。

研究人員說，這項(xiàng)研究不僅為隱藏紅外攝像機(jī)的信息鋪平了道路，而且為制造新型光學(xué)器件甚至改進(jìn)紅外攝像機(jī)本身鋪平了道路，如探索這種材料和相關(guān)的氧化鎳，以用于紅外攝像機(jī)組件，例如可調(diào)濾光片、保護(hù)傳感器的光學(xué)限幅器以及新型靈敏的光探測器。這項(xiàng)研究為未來的隱身技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（責(zé)任編輯：fqj）