Tomada con una cámara infrarroja de onda larga, esta imagen de los investigadores en el laboratorio de Mikhail Kats muestra distintas variaciones de color en áreas que son más cálidas (caras y cuerpos) y más frías (la mesa). Crédito:el grupo Kats
Un recubrimiento ultrafino desarrollado por ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison cambia un fenómeno físico omnipresente de los materiales relacionados con la radiación térmica:cuanto más caliente se pone un objeto, cuanto más brillante brilla.
El nuevo revestimiento, elaborado a partir de óxido de níquel y samario, un material sintonizable único:emplea un poco de trucos de temperatura.
"Esta es la primera vez que la temperatura y la emisión de luz térmica se desacoplan en un objeto sólido. Construimos un recubrimiento que 'rompe' la relación entre temperatura y radiación térmica de una manera muy particular, "dice Mikhail Kats, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UW-Madison. "Esencialmente, hay un rango de temperatura dentro del cual la potencia de la radiación térmica emitida por nuestro recubrimiento permanece igual ".
En la actualidad, ese rango de temperatura es bastante pequeño, entre aproximadamente 105 y 135 grados centígrados. Con un mayor desarrollo, sin embargo, Kats dice que el recubrimiento podría tener aplicaciones en transferencia de calor, camuflaje y, a medida que las cámaras de infrarrojos estén ampliamente disponibles para los consumidores, incluso en ropa para proteger la privacidad personal de las personas.
Kats, los miembros de su grupo, y sus colaboradores en UW-Madison, Universidad de Purdue, Universidad Harvard, El Instituto de Tecnología de Massachusetts y el Laboratorio Nacional Brookhaven publicaron detalles del avance esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Los miembros del equipo de la UW que contribuyeron al trabajo incluyen a la becaria postdoctoral Yuzhe Xiao, y estudiantes de posgrado Alireza Shahsafi, Zhaoning (abril) Yu, Jad Salman, Chenghao Wan y Ray Wambold. Crédito:Renee Meiller
El revestimiento en sí emite una cantidad fija de radiación térmica independientemente de su temperatura. Esto se debe a que su emisividad, el grado en que un material dado emitirá luz a una temperatura determinada, en realidad disminuye con la temperatura y cancela su radiación intrínseca. dice Alireza Shahsafi, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kats y uno de los autores principales del estudio.
"Podemos imaginar un futuro en el que las imágenes infrarrojas sean mucho más comunes, impactando negativamente la privacidad personal, ", Dice Shahsafi." Si pudiéramos cubrir el exterior de la ropa o incluso un vehículo con una capa de este tipo, una cámara de infrarrojos tendría más dificultades para distinguir lo que hay debajo. Véalo como un escudo de privacidad infrarrojo. El efecto se basa en cambios en las propiedades ópticas de nuestro recubrimiento debido a un cambio de temperatura. Por lo tanto, la radiación térmica de la superficie cambia drásticamente y puede confundir a una cámara de infrarrojos ".
Las imágenes infrarrojas muestran que los materiales convencionales (tres filas superiores) aparecen ante una cámara infrarroja a medida que se calientan. Los recubrimientos especiales desarrollados por los ingenieros de UW-Madison ocultan los cambios de temperatura de los objetos en las dos filas inferiores. Crédito:Patrick Roney, Alireza Shahsafi y Mikhail Kats
En el laboratorio, Shahsafi y otros miembros del grupo de Kats demostraron la eficacia del recubrimiento. Suspendieron dos muestras, una pieza recubierta de zafiro y una pieza de referencia sin recubrimiento, de un calentador de modo que parte de cada muestra estaba en contacto con el calentador y el resto se suspendió en un aire mucho más frío. Cuando vieron cada muestra con una cámara infrarroja, vieron un gradiente de temperatura distinto en el zafiro de referencia, de azul profundo a rosa, rojo, naranja y casi blanco, mientras que la imagen térmica del zafiro revestido permaneció en gran parte uniforme.
El esfuerzo en equipo fue fundamental para el éxito del proyecto. El grupo del colaborador de Purdue, Shriram Ramanathan, sintetizó el óxido de níquel y samario y realizó una caracterización detallada de los materiales. Los colegas del MIT y del Laboratorio Nacional Brookhaven utilizaron la luz brillante de un sincrotrón de aceleración de partículas para estudiar el comportamiento a nivel atómico del recubrimiento.
