Des chercheurs de l’Université Flinders ont découvert un nouveau matériau peu coûteux qui peut être transformé en lentilles pour l’imagerie thermique, pointant vers 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 des performances élevées, un faible coût et une fabrication efficace », déclare Ph.D. candidat Sam Tonkin, premier auteur d’un nouvel article dans le Matériaux optiques avancés journal.
« 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 informatique 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 », a-t-il déclaré.
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 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.
Plus d’information:
Samuel J. Tonkin et al, Imagerie thermique et surveillance clandestine à l’aide de polymères à faible coût avec transparence infrarouge à ondes longues, Matériaux optiques avancés (2023). DOI : 10.1002/adom.202300058