Questo rivestimento ha ampie possibilità di applicazione in campi quali la sicurezza, la sorveglianza, la diagnostica industriale e la ricerca.
Un team di ricercatori della Rice University (Houston, Texas, Stati Uniti) ha sviluppato un rivestimento innovativo che supera una sfida di lunga data nel campo delle immagini termiche, consentendo una chiara visualizzazione degli oggetti attraverso le finestre calde.
I tentativi tradizionali di risolvere questo problema prevedono il rivestimento delle finestre con materiali che sopprimono le emissioni di luce termica verso la telecamera. Tuttavia, questo approccio opacizza la finestra e ostacola la visibilità. Per superare questa limitazione, i ricercatori della Rice hanno sviluppato un nuovo rivestimento che utilizza un'asimmetria ingegnerizzata per filtrare il rumore termico mantenendo la trasparenza. Inoltre, la loro soluzione raddoppia efficacemente il contrasto delle immagini termiche rispetto ai metodi convenzionali.
“Supponiamo di voler utilizzare la termografia per monitorare le reazioni chimiche in una camera di un reattore ad alta temperatura. Il problema da affrontare è che la radiazione termica emessa dalla finestra stessa sovrasta la telecamera, oscurando la vista degli oggetti dall'altra parte,” ha dichiarato Gururaj Naik, professore associato di ingegneria elettrica e informatica alla Rice e autore corrispondente dello studio.
Il cuore di questa innovazione è la progettazione di risonatori su scala nanometrica, strutture che funzionano come piccoli diapason, intrappolando e potenziando le onde elettromagnetiche a frequenze specifiche. Realizzati in silicio, questi risonatori sono disposti con precisione in array e consentono l'emissione e la trasmissione controllata di radiazioni termiche.
Il rivestimento è ottenuto utilizzando un metamateriale composto da due strati distinti di risonatori separati da uno strato distanziatore. Questo design sopprime le emissioni termiche dirette verso la telecamera, consentendo al contempo il passaggio delle radiazioni termiche provenienti dagli oggetti posti dietro la finestra.
“La domanda intrigante per noi era se fosse possibile sopprimere l'emissione termica della finestra verso la telecamera mantenendo una buona trasmissione dal lato dell'oggetto da visualizzare. La teoria dell'informazione impone un no come risposta in qualsiasi sistema passivo. Tuttavia c'è una scappatoia, la telecamera opera in una larghezza di banda finita. Quindi, abbiamo sfruttato questa lacuna e creato un rivestimento che sopprime l'emissione termica dalla finestra verso la telecamera in un'ampia banda, ma riduce la trasmissione dall'oggetto ripreso solo in una banda stretta,” ha aggiunto Gururaj Naik.
Il risultato è una meta-finestra asimmetrica avanzata in grado di fornire immagini termiche chiare a temperature fino a 600° C. Le implicazioni sono di vasta portata. Ad esempio, nel settore chimico, questa tecnologia consente di monitorare con precisione le reazioni che avvengono all'interno di camere ad alta temperatura. Oltre alle applicazioni industriali, questo approccio potrebbe rivoluzionare la termografia iperspettrale risolvendo il persistente effetto Narciso, in cui le emissioni termiche della telecamera interferiscono con la qualità delle immagini.
“La nostra soluzione al problema si ispira alla meccanica quantistica e all'ottica non hermitiana. Si tratta di un'innovazione dirompente, poiché non solo abbiamo risolto un problema di vecchia data, ma abbiamo anche aperto nuove porte per l'imaging in condizioni estreme. L'uso delle meta-superfici e dei risonatori come strumenti di progettazione trasformerà probabilmente molti campi oltre a quello delle immagini termiche, dalla raccolta di energia alle tecnologie di rilevamento avanzate”, ha concluso Ciril Samuel Prasad, dottorando in ingegneria della Rice e primo autore dello studio.
I ricercatori prevedono anche applicazioni nei settori della conservazione dell'energia, del raffreddamento radiativo e dei sistemi di difesa, in cui l'accuratezza delle immagini termiche è fondamentale. Questa scoperta rappresenta un salto significativo nelle capacità di imaging termico, aprendo la strada a migliori prestazioni in ambienti estremi.