Vergleich von IR-Absorber-Beschichtungsmethoden

Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 0,700 – 1050μm ist keine Ausnahme.

Die Absorption und Reflexion von IR-Strahlung auf einer bestimmten Oberfläche kann mit Hilfe einer Beschichtung verändert werden.

In diesem Artikel werden Anwendungen und Eigenschaften von IR-Absorberbeschichtungen in optischen Systemen und einigen anderen Branchen beschrieben.

Es wird ein klarer Vergleich zwischen den verschiedenen Methoden zur Aufbringung von IR-Absorberbeschichtungen und ihren optischen und mechanischen Eigenschaften und wann welche Methode am besten geeignet ist.

Außerdem stellen wir drei Leitfäden vor, die Ihnen helfen sollen, die richtige Methode für Ihre spezifische Anwendung und Anforderungen.

 

Anwendungen von IR-Absorbern

Die Lichtabsorption ist eine der wesentlichen Anforderungen in einer Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Optik, Automobil, Raumfahrt, Verteidigung, Medizin und Solaranwendungen.

Absorber werden in erster Linie zur Unterdrückung von Streulicht in optischen Systemen eingesetzt.

Zu den optischen Anwendungen von IR-Absorbern gehören Sensorik und Bildgebung, passive Heizung und Kühlung, Lasersysteme, Kamerateile für Mobiltelefone und vieles mehr.

Nachfolgenden werden einige der Anwendungen von Beschichtungen aus verschiedenen IR-Spektren beschrieben:

1. Der kurzwellige Infrarotbereich (SWIR: 1,4-3 µm) wird von der menschlichen Haut reflektiert und dient der Erkennung und Diagnose von Krankheiten. Die Erkennung erfolgt anhand der Informationen, die als Unterschiede zwischen den reflektierten und absorbierten Wellenlängen erkannt werden.
2. Der mittelwellige Infrarotbereich (MWIR: 3-8 µm) ist nützlich für die Fernüberwachung von Erd-, Meeres- und Klimaveränderungen sowie der Gesundheit des menschlichen Gewebes.
3. Im langwelligen Infrarot (LWIR: 8-15 µm) wird die thermische Emission anstelle der Reflexion erfasst und findet Anwendung in militärischen Bildgebungsgeräten und bei der Erkennung von Tumoren im menschlichen Körper.

IR-Absorber können zur Identifizierung gefälschter Dokumente eingesetzt werden. Die IR-Strahlung der Sonne kann einen Weltraumsatelliten mit Energie versorgen. Schwarze Beschichtungen und Folien werden angewandt, um Streulicht und ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis zu vermeiden.

IR Absorber-Beschichtungsmethoden

1. IR-absorbierende Farbe

IR-absorbierende Farben können auf Materialien aufgetragen werden, um die Reflexion von IR-Wellenlängen zu verhindern. Sie finden Anwendung bei optischen Gehäusen mit geringer Präzision, Überwachungskameras usw.

Die Farbe lässt sich in der Regel schnell und einfach auf die Oberfläche auftragen, wenn keine präzise Maskierung erforderlich ist.

Die Beschichtung mit Farbe hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, wenn es um optische Anwendungen geht. Viele von ihnen werden in Form von Oxiden hergestellt und dann vor dem Auftragen mit Trägern vermischt. Die Bindung der IR-absorbierenden Farbe an das Substrat kann problematisch sein. Die Haftung ist begrenzt, und es kann mehrere Tage dauern, bis sie getrocknet ist.

IR-absorbierende Farben können durch Sprühen aufgetragen werden, und ihre Dicke variiert im Bereich von 60-100 Mikrometern mit einer Dickentoleranz von +/-20 Mikrometern.

Derart dicke Schichten mit geringer Toleranz und mangelnder Kontrolle der Schichtdicke sind für kritische Anwendungen wie Weltraumsatelliten und Hochpräzisionsoptiken möglicherweise nicht geeignet.

Einer der Nachteile der Anwendung von IR-Farben für empfindliche Anwendungen ist die hohe organische Verunreinigung mit starker Ausgasung, und sie sind in der Regel nicht leitfähig.

2. IR-absorbierende Folien

IR-absorbierende Folien finden Anwendung bei großen Mengen und übergroßen Teilflächen. Sie können für Reinraum oder in kontaminierten Umgebungen eingesetzt werden, wo die lichtabsorbierende Oberfläche regelmäßig erneuert werden muss.

Sie finden allgemein Anwendung in Blenden und Ablenkungen, Strahlfallen, Handy-Kamerateilen, Laserschutzschirmen sowie Autokameras und HUDs.

Auch für kleine Raumfahrzeuge werden miniaturisierte Wärmemanagementsysteme benötigt.

Folien ermöglichen ein passives Wärmemanagement für Raumfahrzeuge, und ihre optischen Eigenschaften können je nach Bedarf verändert und angepasst werden, was sie kostengünstiger macht.

Im Inneren eines vollständig geschlossenen Raumfahrzeugs dominiert beispielsweise die konduktive Wärmeübertragung, während draußen im Weltraum die Wärmestrahlung dominiert, so dass die Beschichtung entsprechend angepasst wird.

IR-absorbierende Folien sind in Form von Bögen, Rollen und Stanzteilen erhältlich.

Mit MetalVelvet und SpectralBlack beschichtete Folien bieten den branchenweit niedrigsten Reflexionsgrad über das gesamte Spektrum vom EUV über das VIS bis zum FIR.

3. IR-Absorber für Streuungswinkel

Wenn Sie eine IR-Absorberbeschichtung für Streuwinkel (40° – bis 88°AOI) suchen, die die Reflexion eliminiert und die Leistung zwischen UV und MWIR FIR verbessert, weisen Hexa Black Light Trap Sheets eine geringe hemisphärische und spiegelnde Reflexion bei großen Winkeln, hohe Abriebfestigkeit und geringe Ausgasungseigenschaften auf.

Auch für die Absorption bei normalem Winkel sollten Hexa Black Light Absorbing Panels angewendet werden.

4. Beschichtungsdienstleistungen für IR-Absorption

Basierend auf den Anforderungen der Anwendung kann die Beschichtung für ein spezifisches IR-Spektrum unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen und des Substrats entwickelt werden.

Beispielsweise kann jedes optomechanische Teil aus einem beliebigen Substrat (Metall, Glas oder Polymer) so beschichtet werden, dass es 99 % des EUV-UV, VIS, NIR-FIR absorbiert.

Sensor- und Bildgebungsanwendungen sind empfindlich gegenüber dem Signal-Rausch-Verhältnis, und die Beschichtung ermöglicht eine hervorragende Streulichtunterdrückung.

Weltraumanwendungen erfordern außerdem thermische Stabilität, Vakuumkompatibilität, nahezu keine Ausgasung und Nachhaltigkeit in der Weltraumstrahlung.

Acktars Vacuum Black Beschichtung ermöglicht eine stabile Leistung optischer Systemkomponenten zu niedrigen Preisen in Weltraumanwendungen.

Wenn Sie eine Beschichtung benötigen, die eine niedrige Reflexion über das gesamte Spektrum vom UV bis zum LWlR bietet, können Sie sich auf die

Fractal Black Beschichtung verlassen. Die Beschichtung wurde strengstens getestet und in einer Vielzahl von Raumfahrtprogrammen der NASA angewendet.

Die mit praktisch allen Substraten kompatible Nano Black Beschichtung ist vollständig anorganisch und wird in Satelliten für solarthermische

Solarkollektoren und Solarpaneele sowie für das passive Wärmemanagement eingesetzt.

Die Litho Black Beschichtung bietet einen maßgeschneiderten elektrischen Widerstand und wird als strukturierbare, lichtabsorbierende Deckschicht auf Wafer aufgebracht.

Raumfahrtanwendungen erfordern ein sehr anspruchsvolles optisches Systemdesign, das neben einer hohen optischen Leistung auch eine lange Lebensdauer der Beschichtung, fast keine Wartung und keine Ausgasung erfordert. Acktars tiefschwarze Beschichtungen sind qualifiziert für den Einsatz in der Raumfahrt.

Wie wählt man den richtigen IR-Absorber aus?

Damit Sie schnell das richtige IR-Absorbermaterial und die richtige Methode zur Beschichtung auswählen können, haben wir im Folgenden drei Kriterien aufgeführt:

1. Mechanische Eigenschaften

Zu den kritischen mechanischen Eigenschaften, die Sie bei der Auswahl des richtigen IR-Absorbers berücksichtigen können, gehören die Dicke der Beschichtung und deren Toleranz und Kontrollierbarkeit, die Haftung an der Beschichtung, die Adhäsion sowie die Partikel- und organische Verunreinigung.

Die Art des Substrats, auf das die Beschichtung aufgebracht werden soll, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Entscheidung, welche der oben genannten Beschichtungsmethoden angewandt werden soll.

2. Optische Eigenschaften

Reflexions-, Absorptions- und Emissionswerte sind die wichtigsten Kriterien, die Sie bei der Auswahl der richtigen IR-Methode berücksichtigen sollten.

Außerdem sollten der Einfallswinkel (normaler oder streuender Winkel) und ein bestimmtes Spektrum im IR-Bereich in Betracht gezogen werden.

3. Anwendungsspezifische Anforderungen und Umgebung

Jede Anwendung hat ihre eigenen Anforderungen und Umgebungsbedingungen.

Wenn Sie z. B. IR-Absorber für Fernerkundungszwecke verwenden, spielt der selektive Emissionsgrad eine entscheidende Rolle, während für Sicherheits- und IR-Kameras im Automobilbereich schwarzes Material mit sehr geringem Reflexionsgrad bei Streuung erforderlich ist.

Außerdem sind die Anforderungen und Umgebungsbedingungen bei Weltraumanwendungen völlig anders, wo geringe Ausgasung, Wärmemanagement und geringer Wartungsaufwand

Wartung von größter Bedeutung sind.

Heutzutage ist es einfacher und wichtiger, die IR-Absorption einer Oberfläche zu kontrollieren und zu verbessern. Wir haben die gängigen Methoden der Beschichtung erörtert und erklärt, nun können Sie eine bestimmte Methode für Ihr Projekt auswählen.