【材料科學】越加溫看起來越冰冷的奇特物質

■ 有些物質能騙過紅外線攝影,或許能成為偽裝界的明日之星!

編譯|汪芃

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外在冰冷,內在火熱:氧化釩樣本加溫(由左至右)的過程中,發出的紅外光看起來卻像是逐漸冷卻。(一般狀況下,紅色代表熱,而藍色代表冷。)

熱力學界的魔術師現身:科學家首次發現一種奇特物質,加熱後會呈現冷卻的假象。這份研究於10月21日發表在《物理評論X》(Physical Review X)期刊上,成果或許有助開發偽裝技術來躲避熱感攝影,或是高效能的加熱和冷卻裝置。

物理教科書總告訴我們,物體溫度越高,散發的光也越多,因為有這個原理,軍人才能靠紅外線夜視鏡在漆黑環境中偵測敵人。

但如今科學家開始試著設計一些加溫後不一定會散發更多光線的材料,他們通常找的是一些在特定溫度下會改變與光或電互動狀態的物質,而化合物氧化釩(vanadium dioxide)到達攝氏70度時就會產生上述變化,突然從絕緣轉為導電材質。

哈佛大學研究生米凱歐.卡茨(Mikhail Kats)想研究氧化釩超過上述的轉變溫度之後,與光的互動情形會如何改變。因此他的研究團隊將150奈米厚的氧化釩薄膜沉積到藍寶石晶圓上。

接著研究人員將這種氧化釩藍寶石晶圓加熱,然後使用紅外線攝影,觀察加溫後散發的紅外光數量如何改變。結果發現樣本從60度加溫到74度時,顏色是從藍轉紅,與一般物體加熱的情形一樣;但接著怪事發生了:繼續加溫到100度的過程中,紅外線影像竟逐漸變回冷冰冰的藍色,然後就維持不變。

卡茨說:「我們看到很戲劇性的效果。這物質在攝氏90度時看起來跟50度一樣。」

卡茨的研究團隊認為,既然氧化釩能有效隱藏溫度,或許能讓軍人和軍機躲避熱感測器,此外也能讓加熱設備維持恆溫,因為可以在低溫時少散發一些紅外線,高溫時則多散發一點。卡茨表示,這項技術或許可以替太空衛星節能,因為光靠吸收及散發光線的方式就能調節溫度。

卡茨團隊也想研究氧化釩加溫時內部結構如何重組,與光和電之間的互動狀態才會這麼特別,他們希望了解氧化釩的細部構造,進一步控制這種物質散發光線的方式。

伊利諾大學香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的電機工程學者丹尼爾.瓦瑟曼(Daniel Wasserman)指出,這份研究成果振奮人心,因為讓我們更了解這類「自然的超材料(metamaterials)」的運作原理。「這篇研究很精妙,開啟物理學中很有意思的新領域。」

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 研究出處:Material looks cool while heating up

責任編輯:Vita Chen

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