Неметаллические метаповерхности научились блокировать лучистое тепло

Управление тепловым излучением — ключ к пассивному охлаждению зданий, тепловой маскировке, систем радиационного охлаждения и термофотоэлектрическим генераторам. Большинство существующих метаповерхностей, управляющих инфракрасным излучением, содержат металлические слои — золото, алюминий, серебро. Это создаёт проблемы: металлы поглощают часть излучения, сложны в интеграции с полупроводниковыми процессами и нестабильны при высоких температурах. Новое исследование, описанное на Phys.org, показывает, что этих ограничений можно избежать.

Исследовательская группа разработала полностью диэлектрическую метаповерхность — из материалов без металлических компонентов — способную управлять инфракрасным излучением в широком диапазоне длин волн.

Принцип работы: структурированный диэлектрик с нанометровыми и микрометровыми особенностями поверхности создаёт резонансы Ми — специфические оптические резонансы, возникающие в диэлектрических объектах при взаимодействии с электромагнитными волнами. Через подбор геометрии структуры можно задать, какие длины волн поверхность отражает, поглощает или пропускает.

Ключевые результаты:

— точность управления спектральным профилем излучения сопоставима с металлическими метаповерхностями; — тепловые потери на поглощение значительно меньше — полностью диэлектрические материалы обычно прозрачнее в целевом диапазоне; — структура стабильна при температурах выше 400 °C — недостижимых для многих металлических систем; — совместимость с процессами полупроводниковой фотолитографии.

Разработка пока остаётся лабораторным прототипом. Коммерческое масштабирование потребует отработки технологий воспроизводимого нанесения диэлектрических наноструктур на большие площади.

Ранее pronedra.ru писал о управлении теплопроводностью керамики.