Neues Wunderpolymer ermöglicht erschwingliche Wärmebildoptiken

Oct 28, 2023

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Das neu entdeckte Polymer kann zu einer Vielzahl von Linsen mit außergewöhnlicher Infrarottransparenz geformt werden (Bild: Tonkin et al.)

Australische Forscher haben ein kostengünstiges Polymer mit „der höchsten jemals für einen Kunststoff gemeldeten langwelligen Infrarottransparenz“ entdeckt, das erschwingliche Objektive für Wärmebildkameras ermöglichen könnte.

Wie in Advanced Optical Materials berichtet, könnte das Polymer als kostengünstige Alternative zu den Gläsern dienen, die derzeit zur Herstellung von Infrarotoptiken verwendet werden.

Wärme- und Infrarotbildgebung werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Sicherheit und Überwachung, Medizin, Elektrotechnik, Weltraumforschung und autonomer Fahrzeugbetrieb.

Allerdings können die derzeit zur Herstellung von Infrarotlinsen verwendeten optischen Materialien, nämlich Germanium- oder Chalkogenidgläser, teuer sein und werden immer schwieriger zu finden. Germanium ist ein Element, das knapp ist und einen hohen Preis hat – daraus hergestellte Linsen können Tausende von Dollar kosten –, während Chalkogenidgläser oft aus giftigen Elementen wie Arsen oder Selen hergestellt werden.

Auf der Suche nach einer dringend benötigten Alternative hat ein multidisziplinäres Team an der Flinders University in Adelaide, Australien, eine Lösung entwickelt, die ein völlig neues Polymer aus Schwefel und Cyclopentadien verwendet – zwei weit verbreitete und daher sehr erschwingliche Materialien. Schwefel wird in vielen Millionen Tonnen bei der Erdölraffinierung produziert, wobei Milliarden Tonnen auch in geologischen Lagerstätten verfügbar sind, während Cyclopentadien auch aus kostengünstigen Materialien gewonnen wird, die bei der Erdölraffinierung hergestellt werden.

Die Forscher kombinierten die beiden Materialien in einem neu entwickelten Reaktor, um ein schwarzes Polymer mit „der höchsten jemals für einen Kunststoff gemeldeten langwelligen Infrarotlichttransparenz“ herzustellen. Laut dem Flinders-Team ermöglicht der Reaktor die Kombination der erschwinglichen Monomerbausteine ​​in gasförmiger Form, eine Leistung, die von anderen Forschern auf diesem Gebiet bisher für unmöglich gehalten wurde.

Das resultierende Polymer kann dann zu einer Vielzahl von Linsen geformt werden, wobei diese Methoden erheblich schneller sind als die Linsenherstellung mit mechanischen Verfahren wie beispielsweise Fräsen. Darüber hinaus ist das neue Polymer so erschwinglich, dass die benötigte Menge zur Herstellung einer 1-g-Linse weniger als 1 Cent kostet.

„Das Material vereint hohe Leistung, niedrige Kosten und effiziente Herstellung“, sagt Doktorand Sam Tonkin, Erstautor der neuen Arbeit. „Es hat das Potenzial, den Einsatz der Wärmebildtechnik auf neue Branchen auszudehnen, die bisher durch die hohen Kosten von Germanium- oder Chalkogenidlinsen eingeschränkt waren. Dies ist ein sich schnell entwickelndes Feld, das in den nächsten Jahren spannende Fortschritte erleben wird.“

Die Tatsache, dass das Polymer schwarz ist, eignet sich auch zum Verbergen von Wärmebildgeräten, beispielsweise bei Überwachungsanwendungen, fügen die Forscher hinzu.