量子材料斗篷热辐射

由美国能源部，海军办公室，国家科学基金会、空军科学研究办公室资助，威斯康星大学麦迪逊分校，哈佛大学，普渡大学以及麻省理工学院的研究人员科学家证明，氧化钐镍的超薄薄膜可以掩盖热材料发出的热辐射。氧化钐镍是一种量子材料。由于量子力学的原因，这些材料具有奇怪和不可思议的特性。隐身机理是由于材料经历了从绝缘体到导热金属的独特、渐进的转变。这种转变发生在100到140摄氏度的温度范围内。相关研究发表在《PNAS》上。

图注：从 100 摄氏度加热到 140 摄氏度的样品的热图像。第一行显示材料随着温度升高而加热。 第二行显示了相同的材料，该材料涂有超薄钐镍氧化物薄膜，可以掩盖热辐射。

背景

热辐射是所有物体在非零温度下发光的过程，普朗克、基尔霍夫和斯特凡-玻尔兹曼定律对此进行了很好的描述。对于大多数固体，热发射功率以一对一的关系随温度单调增加，从而支持红外成像和非接触式测温等应用。

研究内容

在这里，研究人员展示了一种涂层，在大约 30 摄氏度的温度范围内，无论温度如何，都会发出相同数量的热辐射。研究展示了通过使用氧化钐镍 (SmNiO3) 违反这种一对一关系的超薄热发射器，SmNiO3 是一种强相关的量子材料，经历了完全可逆的、温度驱动的固态相变。这种独特的绝缘体到金属相变的平滑和无滞后性质使我们能够设计发射率的温度依赖性，以精确抵消 Stefan-Boltzmann 定律描述的固有黑体轮廓，用于加热和冷却。他们设计在长波大气透明窗口（波长为 8 至 14 μm）内产生与温度无关的热发射功率，温度范围为 ~30 °C，在100-140 摄氏度的热度范围内，以 ~120 °C 为中心，该范围可以用红外摄像机看到。这项研究表明，量子材料可以管理热辐射。

意义

传统观点认为物体越热，它发出的光就越亮。我们展示了在约 30 °C 的温度范围内，无论温度如何，都能发出相同数量热辐射的涂层。这是通过使用氧化钐镍实现的——一种量子材料，它会随着温度的变化而强烈但逐渐变化。 这项研究表明，量子材料可以管理热辐射。这是首次证明与温度无关的热辐射，对红外伪装、隐私保护和辐射传热具有重大意义。这适用于任何波长的热光，并支持红外成像和非接触式测温等应用。 100-140 摄氏度的热度范围很重要，因为它可以用红外摄像机看到。