Nouvelle vision pour les lentilles d'imagerie thermique

Oct 30, 2023

Des chercheurs de l'Université Flinders ont découvert un nouveau matériau peu coûteux qui peut être transformé en lentilles pour l'imagerie thermique, ce qui indique de nouvelles applications de fabrication avancées pour cette technologie puissante.

L'imagerie thermique et infrarouge est utilisée dans de nombreux secteurs, notamment la défense, la sécurité et la surveillance, la médecine, l'électrotechnique, l'exploration spatiale et l'exploitation de véhicules autonomes, mais les matériaux nécessaires sont coûteux et de plus en plus difficiles à trouver.

Des alternatives à moindre coût sont nécessaires, c'est pourquoi une équipe multidisciplinaire en chimie et physique de l'Université Flinders a développé une solution dans un tout nouveau matériau polymère à base de soufre et de cyclopentadiène. Ils disent que les polymères haute performance ont la capacité unique de transmettre la lumière infrarouge.

"Le matériau combine hautes performances, faible coût et fabrication efficace", déclare le doctorant Sam Tonkin, premier auteur d'un nouvel article dans la revue internationale Advanced Optical Materials.

« Il a le potentiel d'étendre l'utilisation de l'imagerie thermique à de nouvelles industries qui étaient auparavant limitées par le coût élevé des lentilles en germanium ou en chalcogénure. Il s'agit d'un domaine en développement rapide qui connaîtra des avancées passionnantes au cours des prochaines années », dit-il.

Le soufre est produit en plusieurs millions de tonnes dans le raffinage du pétrole. Des milliards de tonnes sont disponibles dans les gisements géologiques. C'est copieux et pas cher.

Le cyclopentadiène est également dérivé de matériaux à faible coût produits dans le raffinage du pétrole.

Les lentilles utilisées pour l'imagerie thermique sont actuellement fabriquées à partir de verres de germanium ou de chalcogénure. Le germanium est un élément rare et il est très cher. Certaines lentilles en germanium peuvent coûter des milliers de dollars.

Les verres à chalcogénure présentent également des défauts. Par exemple, ils sont souvent constitués d'éléments toxiques tels que l'arsenic ou le sélénium.

Le co-auteur, le Dr Le Nhan Pham, chercheur à l'Université Flinders en chimie computationnelle et physique, affirme que la réaction du soufre et du cyclopentadiène ensemble fournit un plastique noir très transparent à la lumière infrarouge.

"C'est la lumière qui est détectée par les caméras thermiques.

"Ce nouveau matériau a été conçu pour avoir un large éventail d'applications potentielles allant de l'ingénierie spatiale aux opérations militaires, en passant par les industries civiles et aérospatiales." il dit.

Le polymère peut être moulé dans une variété de lentilles, qui peuvent être utilisées, par exemple, pour agrandir l'image dans une caméra thermique. Parce que le polymère est noir, il peut également être utilisé pour dissimuler et protéger l'équipement d'imagerie thermique. Le polymère peut donc être utilisé comme camouflage pour cacher une caméra utilisée pour la surveillance.

La lumière infrarouge traverse le polymère, de sorte que l'on peut voir à travers à l'aide d'une caméra infrarouge. Cette propriété est utile pour les opérations de défense et la surveillance de la faune.

Le polymère possède également de nombreuses autres caractéristiques :

L’étude a également fait état de certaines avancées scientifiques clés, notamment :

Un nouveau réacteur a été conçu pour permettre la réaction clé. L'un des principaux défis consistait à pouvoir utiliser les blocs de construction sous forme gazeuse. L'utilisation de monomères gazeux était auparavant considérée comme impossible par d'autres chercheurs dans le domaine.

L'étude comprend également des calculs de mécanique quantique pour comprendre comment et pourquoi le matériau est transparent à la lumière infrarouge utilisée en imagerie thermique. Ces connaissances seront également utiles à l'avenir pour concevoir de nouvelles lentilles aux propriétés encore améliorées.

L'article, « Imagerie thermique et surveillance clandestine utilisant des polymères à faible coût avec une transparence infrarouge à ondes longues » (2023) par Samuel J Tonkin, Le Nhan Pham, Jason R Gascooke, Martin R Johnston, Michelle L Coote, Christopher T Gibson et Justin M Chalker a été publié dans Advanced Optical Materials, une revue de premier plan axée sur la recherche fondamentale et appliquée dans les interactions lumière-matière (Q1, facteur d'impact 10). DOI : 10.1002/adom.202300058

Remerciements : L'étude a été financée par le Flinders University Impact Seed Funding for Early Career Researchers et l'Australian Research Council (DP200100090 et FT220100054) attribués au Future Fellow Prof Justin Chalker. Un soutien supplémentaire pour les calculs de mécanique quantique a également été fourni par l'ARC au professeur Michelle Coote (DP210100025).

Contexte : Le travail expérimental pour l'étude a été dirigé par Samuel Tonkin. Des informations spectroscopiques clés ont été fournies par le Dr Jason Gascooke, le professeur agrégé Martin Johnston et le Dr Christopher Gibson. Le Dr Le Nhan Pham a mené des études informatiques qui expliquent et prédisent les propriétés optiques du polymère. L'équipe de supervision comprenait le professeur Michelle Coote, qui a dirigé les études informatiques, ainsi que le Dr Gibson et le professeur Justin Chalker, qui ont dirigé les aspects de synthèse chimique et de caractérisation du projet. Des contributions supplémentaires à cette étude collaborative ont été fournies par les co-auteurs, le Dr Gascooke, le professeur agrégé Johnston, le Dr Gibson, le professeur Coote et le professeur Chalker.