Тонкое и легкое покрытие из черного кремния поможет сделать людей и боевую технику невидимыми в инфракрасном диапазоне.
Инфракрасные датчики позволяют видеть цель даже в самой кромешной тьме, замечать и распознавать летающие аппараты и ракеты. Их появление привело к развитию и средств маскировки объектов от «тепловых» камер. Новый материал, разработанный в Висконсинском университете в Мадисоне, делает их практически невидимыми в инфракрасном диапазоне. О нем ученые рассказывают в статье, опубликованной в журнале Advanced Engineering Materials.
В самом деле, материалы, снижающие тепловое излучение объектов, уже существуют и даже применяется, однако новинка, созданная командой профессора Хунжуя Цзяна (Hongrui Jiang), куда тоньше и легче аналогов. По словам ученых, покрытие толщиной меньше миллиметра поглощает более 95 процентов инфракрасного излучения с длиной волны от 2,5 до 15,5 мкм. Он эффективно работает и в среднем, и в дальнем ИК-диапазонах, в которых активно отдает тепло человеческое тело, что делает материал особенно перспективным для военных.
Для этого ученые использовали «черный кремний» — метаматериал, поверхность которого выглядит как наноразмерный густой «лес» из крошечных вертикальных столбиков. Он действительно известен способностью поглощать излучение в видимом и ИК-диапазонах. Группе профессора Цзяна удалось усовершенствовать метод изготовления метаматериала, получив более длинные и высокие наностолбики и внедрив в них наночастицы серебра. В результате он стал еще эффективнее поглощать фотоны инфракрасного диапазона.
Черный кремний представляет собой иглообразную структуру поверхности, где иголки выполнены из монокристаллического кремния и имеют высоту более 10 мкм и диаметр менее 1 мкм. Его основной особенностью является увеличение поглощения падающего света — высокая отражательная способность кремния, которая обычно составляет 20-30% для квази-нормального падения, уменьшается примерно до 5%. Это связано с образованием иглой так называемой эффективной среды . Внутри этой среды отсутствует четкий интерфейс, но непрерывное изменение показателя преломления, что уменьшает отражение Френеля . Когда глубина градуированного слоя примерно равна длине волны света в кремнии (около четверти длины волны в вакууме), отражение уменьшается до 5%; более глубокие сорта дают еще более черный кремний. Для низкой отражательной способности наноразмерные характеристики, создающие индексный градуированный слой, должны быть меньше длины волны падающего света, чтобы избежать рассеяния.
Наконец, авторы интегрировали в метаматериал миниатюрные ИК-излучатели, контролируя работу которых, можно создавать ложный образ объекта, сбивая с толку системы противника.