27.06.2018 - University of Wisconsin-Madison

Stealth-Material verbirgt heiße Gegenstände vor Infrarot-Augen

Infrarotkameras sind die wärmeempfindlichen Augen, die Drohnen helfen, ihre Ziele auch in der Nacht oder bei starkem Nebel zu finden.

Das Verstecken vor solchen Detektoren könnte viel einfacher werden, dank eines neuen Tarnmaterials, das Objekte - und Menschen - praktisch unsichtbar macht.

"Was wir gezeigt haben, ist ein ultradünnes Tarnkappentuch. Im Moment haben die Menschen eine viel schwerere Metallrüstung oder Thermodecken", sagt Hongrui Jiang, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der University of Wisconsin-Madison.

Warme Gegenstände wie menschliche Körper oder Panzermotoren geben Wärme als Infrarotlicht ab. Das neue Stealth Sheet bietet wesentliche Verbesserungen gegenüber anderen Heat-Masking-Technologien.

"Es ist eine Frage des Gewichts, der Kosten und der Benutzerfreundlichkeit", sagt Jiang.

Weniger als einen Millimeter dick, absorbiert die Platte etwa 94 Prozent des Infrarotlichts, auf das sie trifft. Das Einfangen von so viel Licht bedeutet, dass warme Gegenstände unter dem Tarnmaterial für Infrarotdetektoren nahezu unsichtbar werden.

Wichtig ist, dass das Stealth-Material Licht im so genannten mittel- und langwelligen Infrarotbereich stark absorbieren kann, wie es von Objekten bei annähernd menschlicher Körpertemperatur emittiert wird.

Durch die Integration von elektronischen Heizelementen in das Stealth Sheet haben die Forscher auch eine Hightech-Verkleidung für trickreiche Infrarotkameras geschaffen.

"Man kann einen Infrarot-Detektor absichtlich täuschen, indem man eine falsche Wärmesignatur vorlegt", sagt Jiang. "Es könnte einen Panzer verbergen, indem es eine einfache Leitplanke präsentiert."

Um Infrarotlicht einzufangen, wandten sich Jiang und seine Kollegen einem einzigartigen Material zu, dem schwarzen Silizium, das üblicherweise in Solarzellen eingebaut wird. Schwarzes Silizium absorbiert Licht, weil es aus Millionen von mikroskopisch kleinen Nadeln (Nanodrähten genannt) besteht, die wie ein dichter Wald nach oben zeigen. Einfallendes Licht reflektiert zwischen den vertikalen Türmen hin und her und hüpft im Material herum, anstatt zu entweichen.

Obwohl schwarzes Silizium seit langem für die Absorption von sichtbarem Licht bekannt ist, waren Jiang und seine Kollegen die ersten, die das Potenzial des Materials für das Einfangen von Infrarot sahen. Sie steigerten ihre Absorptionseigenschaften, indem sie die Methode, mit der sie ihr Material herstellten, optimierten.

"Wir haben den gesamten Prozess nicht komplett neu erfunden, aber wir haben ihn auf viel höhere Nanodrähte ausgedehnt", sagt Jiang, der das Material in von der National Science Foundation unterstützten Einrichtungen bei UW-Madison entwickelt hat.

Sie stellen diese Nanodrähte her, indem sie winzige Silberpartikel verwenden, die helfen, sich in eine dünne Schicht aus festem Silizium zu ätzen, was zu einem Dickicht aus hohen Nadeln führt. Sowohl die Nanodrähte als auch die Silberpartikel tragen zur Absorption von Infrarotlicht bei.

Auch das schwarze Silikon der Forscher hat einen flexiblen Träger, der mit kleinen Luftkanälen durchsetzt ist. Diese Luftkanäle verhindern ein zu schnelles Aufheizen der Tarnkappe, da sie Infrarotlicht absorbiert.

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