China entwickelt neuartige Infrarot-Tarnung für Militär

Für möglichst gute Tarnung reicht es nicht, wenn eine Oberfläche für Menschen unsichtbar ist. Auch im Infrarot-Bereich und für Laser darf sie nicht erkennbar sein, damit multispektrale Instrumente sie nicht detektieren können.

Ein Forschungsteam an der chinesischen National University of Defense Technology (NUDT) hat nun ein mehrschichtiges Material vorgestellt, dem genau diese Kombination gelingen soll. Zusätzlich lasse es sich in der Oberflächenfarbe anpassen. Die zugehörige Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Opto-Electronic Advances veröffentlicht.

Tarnung auf verschiedenen Wellenlängen

Bei synthetisch hergestellten, oft mehrschichtigen Metamaterialien ist es möglich, die Oberfläche über mehrere Spektren hinweg – also z.B. sichtbares Licht, Infrarot oder Mikrowellen – an gewünschte Anforderungen anzupassen. Um in sichtbarem Licht unsichtbar zu sein, muss ein Material entweder sehr viel Licht absorbieren, sehr transparent sein, oder nahtlos zu den Umgebungsfarben passen. 

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Mikrowellen-Tarnung funktioniert durch Dämpfung des Echos durch Absorption oder Streuung. Für Nahinfrarot-Tarnung ist es nötig, die Reflektion von natürlichem Licht, z.B. von Sonne oder Mond, bzw. künstlichen Lichtquellen wie Lasern zu reduzieren.

Wärmestrahlung unterdrücken

Thermische Infrarot-Camouflage kann über die Kontrolle des Emissionsgrades und der Temperatur der Oberfläche gelingen. Üblicherweise übersteigt die Wärmestrahlung eines zu tarnenden Objekts die seines Hintergrunds. 

Einfach ausgedrückt ist es meist wärmer als seine Umgebung. Das heißt, sein Wärmestrahlungssignal muss unterdrückt werden.

Latentwärmespeicher

Diese Unterdrückung der Wärmestrahlung lässt sich durch besondere Beschichtungen erreichen. Doch das chinesische Forschungsteam schlägt vor, stattdessen auf sogenannte Latentwärmespeicher („phase change materials“ PCM) zurückzugreifen. 

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Sie können ihren Aggregatszustand ändern, und während der Transition Energie aufnehmen oder wieder abgeben. Dieses Prinzip wird in der Raumfahrt eingesetzt und findet sich auch in Outdoor-Kleidungsstücken, deren PCM-Füllmaterial vom Körper abgegebene Wärme speichern und später wieder abgeben kann.

Das neu entwickelte Tarnmaterial basiert auf In₃SbTe₂ (abgekürzt zu IST), d.h. dem Metall Indium und den Halbmetallen Antimon und Tellur. Es wechselt zwischen amorphem und kristallinem Zustand.

Rosengewächse als Vorbild

Die IST-Schicht im Tarnmaterial ist inspiriert von Rosengewächsen. Die Blätter mehrerer Arten, z.B. der Zwergholzapfelbaum oder der Feuerdorn-Strauch, weisen eine vergleichsweise niedrige Absorption in den Infrarot-Bändern von 3–5 µm und 8–14 µm auf. Das verbirgt sie vor Infrarotkameras bzw. lässt sie im Hintergrund verschwinden.

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Mithilfe eines Optimierungsalgorithmus konnten die Forscherinnen und Forscher die Zusammensetzung des neuartigen Materials errechnen. Ihre Materialprobe fertigten sie anschließend mithilfe von Magnetron-Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung und Ionenstrahl-Ätzung. Im Test mit Blättern des Feuerdorn-Strauchs war ihr Emmisionsgrad vergleichbar.

Die darüberliegende Zinksulfid-Schicht kann geometrisch verändert werden, um die Farbe zu beeinflussen, auch Muster sind möglich. Das beeinträchtigt die Infrarot-Tarnung der IST-Schicht allerdings nicht.