VO2布儒斯特效应引领超宽带定向热发射器新突破

在热辐射调控领域，科学家们一直在探索如何更有效地控制热辐射的方向和强度，这对于辐射制冷、热伪装以及红外信息加密等技术具有深远影响。然而，传统的热辐射调控手段往往局限于振幅或方向的单一调控，难以兼顾两者。随着纳米光子学的快速发展，光谱工程化技术取得了显著进步，但热辐射方向调控的研究进展相对缓慢，主要受制于复杂的原理与结构设计。

现有定向热辐射方法，如表面等离子体光栅结构、梯度介电常数近零（ENZ）材料、布儒斯特效应和几何光学方法等，虽然在一定程度上实现了定向热辐射，但面临制造难度大、工作带宽有限以及自然材料选择受限等问题。这些方法大多具有偏振依赖性，虽然这一特性降低了器件的整体热辐射效率，但也为探索新的应用场景提供了可能。

近期，由东南大学、中科院上海硅酸盐所以及香港大学的科研团队联手，提出了一种创新的解决方案——基于二氧化钒（VO₂）的超宽带定向可调热发射器（UDTTE）。该发射器巧妙结合了VO₂的金属-绝缘体相变特性和布儒斯特效应，实现了在3–20微米波段内的定向可调热发射。这一技术突破，使得UDTTE能够在全向低发射和定向高发射状态之间灵活切换，极大地拓宽了热辐射调控的应用范围。

具体来说，在VO₂处于绝缘态时，UDTTE在整个3–20微米波段和所有入射角范围内的平均发射率极低，仅为0.07（P偏振）。而当VO₂发生相变进入金属态后，UDTTE在入射角小于73°时保持低发射率（0.33），但在73°–83°的大入射角范围内，其平均发射率显著提升至0.78。这一特性使得UDTTE在特定条件下能够高效发射热辐射，而在其他条件下则保持低发射状态，从而实现了对热辐射方向的精确调控。

为了进一步展示UDTTE的偏振依赖特性在实际应用中的价值，科研团队利用物理掩膜方法在UDTTE上制备了用于呈现真实红外信息的左朝向箭头图案，并用可见光不透/红外透明的材料制备了肉眼可见的右朝向箭头图案。这一设计确保了加密的左朝向箭头图案在肉眼观察下不可见，只有在高温、大视角和特定偏振条件下，才能通过红外相机解密。这一实验不仅验证了UDTTE在信息加密方面的潜力，也为其在热伪装等领域的应用提供了新思路。

UDTTE不仅在性能上表现出色，其结构简单且兼容刚性和柔性基底，为实现低成本和规模化制造提供了可能。这一技术的提出，不仅提高了操纵热辐射的能力，也为更复杂的光谱工程提供了新的视角和解决方案。在高级信息安全和热伪装领域，UDTTE有望开启全新的应用前景。

科研团队还通过多级信息加密实验，展示了UDTTE如何协同温度、角度及偏振对信息进行多级加密。这一实验不仅验证了UDTTE在信息加密方面的灵活性，也为其在实际应用中的安全性提供了有力保障。

随着UDTTE技术的不断发展和完善，其在辐射制冷、热伪装以及红外信息加密等领域的应用前景将更加广阔。这一创新成果不仅推动了热辐射调控领域的技术进步，也为相关领域的科学研究和技术创新提供了新的灵感和方向。