Графен превратили в активный тепловой камуфляж

Ученые из Турции, США и Великобритании создали гибкую и тонкую поверхность, способную менять интенсивность теплового излучения, не меняя при этом реальной температуры поверхности. Для переключения поверхности между разными состояниями используется небольшое напряжение, а само переключение происходит за несколько секунд, рассказывают авторы в журнале Nano Letters.

Горячие объекты испускают тепловое излучение, в основном в инфракрасном диапазоне. Эта особенность используется для обнаружения таких объектов в темноте, например, в военной технике или для наблюдения за животными в дикой природе. Для маскировки от такого наблюдения используется либо теплоизолирующие или другие материалы со статичными свойствами, либо панели, которые могут менять интенсивность теплового излучения или собственную температуру. Пока активные системы обладают серьезными недостатками, в том числе низкой скоростью изменения свойств, узким спектральным диапазоном излучения, поддающегося регулировке, или необходимостью использования жестких материалов в конструкции.

Группа исследователей под руководством Джошкуна Коджабаша (Coşkun Kocabaş) из Университета Билкент в Турции и Манчестерского университета в Великобритании разработала электроактивируемую поверхность для термомаскировки, лишенную этих недостатков. Она состоит из трех слоев — электрода из золота, нанесенного на теплоизолирующий нейлон, внешнего электрода из графена, а также полиэтиленовой мембраной с ионной жидкостью между ними.

Принцип действия поверхности основан на изменении излучающих свойств графенового слоя. При возникновении напряжения между золотым и графеновым электродом ионы из среднего слоя проникают в многослойную графеновую структуру. После этого плотность заряда в графене увеличивается, что сдвигает уровень Ферми к более высоким энергиям и подавляет инфракрасное излучение графена.

Для переключения устройства из «горячего» в «холодное» состояние и обратно необходимо напряжение в три вольта и всего несколько секунд. Устройство может менять воспринимаемую извне температуру в диапазоне от 25 до 38 градусов Цельсия, хотя реальная температура панели при этом не меняется. Разработчики создали несколько прототипов, которые могут выступать в роли тепловой маскировки, а также дисплей с разрешением пять на пять пикселей, который может отображать символы с помощью изменения воспринимаемой температуры:

Разработчики предлагают использовать созданную ими поверхность не только в качестве камуфляжа. Ее можно установить на радиаторную поверхность спутника и заставлять отражать излучение Солнца, а также наоборот испускать тепловое излучение во время пролета в тени Земли или другого небесного тела.

Существуют и другие необычные системы активной тепловой маскировки. Например, британская компания BAE Systems разработала покрытие для военной техники, которое может быстро менять свою температуру. Поскольку оно состоит из множества независимых сегментов, систему можно использовать не только для того, чтобы машина сливалась с окружающим пространством, но и для имитации того, что перед наблюдателем стоит не танк или другая боевая машина, а автомобиль или небольшой дом.

Григорий Копиев