Germánská krize v roce 2024
Odvětví termovizí bylo v roce 2024 významně ovlivněno bezprecedentním růstem cen germania. K této situaci přispělo několik faktorů:
Navýšení ceny:
- Ceny germánia se ve srovnání s rokem 2023 více než zdvojnásobily;
- Některé druhy optického germania zaznamenaly nárůst cen až o 200-300 %
- Náklady na objektivy s dlouhým ohniskem se zvýšily ještě dramatičtěji kvůli požadavkům na větší objem materiálu
Ovladače trhu:
- Geopolitické napětí ovlivňující dodavatelské řetězce
- Zvýšená poptávka ze strany průmyslu polovodičů a optických vláken
- Omezené globální zdroje produkce
- Zásoby strategického materiálu velkými státy
Dopad na průmysl termovizí:
- Významné zvýšení nákladů na optické systémy LWIR – protože v nechlazeném optickém systému LWIR se široce používá optický systém F1.0 nebo méně, kvůli přirozenému nechlazenému systému NETD a požadavku MRTD. Zatímco v MWIR, kde převládá chladící systém, se obvykle používají objektivy F4.{4}} nebo vyšší, aby se dosáhlo kompaktnějšího , a tudíž nižšího dopadu na cenu germania.
- Prodloužené dodací lhůty pro optiku na bázi germania
- Rostoucí zájem o alternativní materiály a designy
- Tlak na optimalizaci optických konstrukcí pro minimální použití germania
- Tato situace na trhu zintenzivnila zájem o chalkogenidové sklo jako alternativní optický materiál, zejména pro aplikace citlivé na náklady.
Proto se v průběhu poloviny letošního roku toto téma znovu vynořiloNáhrada germania chalkogenidovým sklem
co jeChalkogenidové sklo? Chalkogenidová skla jsou sloučeniny obsahující jeden nebo více prvků chalkogenu (síra, selen nebo telur) v kombinaci s prvky, jako je germanium, arsen nebo antimon. Tato skla vykazují dobrou propustnost v infračerveném spektru, zejména v rozsahu 8-14 μm používaném v termovizi.
Srovnání chalkogenidového skla a germánia
| Vlastnost/Aspekty | Chalkogenidové sklo | Germanium |
| Index lomu | 2.4-2.7 | 4 |
| Přenosový rozsah | 8-14 μm (liší se podle složení) | 2-14 μm |
| Materiálové náklady (2024) | Nižší a stabilní | High and volatile (>2x nárůst v roce 2024) |
| Výrobní metoda | Lze tvarovat, snadnější zpracování | Vyžaduje přesné broušení a leštění |
| Hustota | Spodní | Vyšší |
| Tepelná citlivost | Méně závislé na teplotě | Více závislé na teplotě |
| Složitost designu | Vyžaduje více prvků | Je potřeba méně prvků |
| Velikost optiky | Potřebné větší prvky | Možné kompaktnější provedení |
| Environmentální stabilita | Může vyžadovat ochranný nátěr | Vysoce stabilní |
| Mechanická pevnost | Lepší odolnost proti nárazům | Více křehké |
| Objem výroby | Vhodné pro vysokou hlasitost | Omezeno dostupností materiálu |
| Aplikace |
-Spotřební zařízení - Systémy krátkého/středního dosahu -Nákladově citlivé produkty |
- Špičkové systémy - (Ultra) Optika dlouhého/středního dosahu - Vojenství/obrana |
| Cena za objektiv | Nižší náklady na materiál, ale může vyžadovat více prvků | Vyšší cena materiálu, ale méně potřebných prvků |
Proč Chalkogenid nemůže zcela nahradit germanium:
- Optický výkon:
Nižší index lomuChalkogenidové skloznamená, že je potřeba více optických povrchů, pravděpodobně také zvýšení povrchů povede k větším přenosovým ztrátám a bude obtížnější dosáhnout kompaktních návrhů
- Systémové požadavky:
Vysoce výkonné systémy často vyžadují vynikající vlastnosti germania, zatímco aplikace na dlouhé vzdálenosti vyžadují zejména optické vlastnosti germania, zvláště některá pásma vlnových délek vyžadují přenosové vlastnosti germania.
- Kompromisy optického designu:
Při použití pouze (nebo více) chalkogenidu se obvykle jedná o větší a těžší systémy, nebo to zvýší složitost optického designu a také může způsobit vyšší celkové náklady v některých aplikacích navzdory nižším nákladům na materiál.
Chalkogenidové brýle v designu athermalizované čočky
Chalkogenidové brýle hrají klíčovou roli v návrzích atermalizovaných čoček pro termovizní systémy díky několika klíčovým vlastnostem:
- Tepelné vlastnosti:
Chalkogenidová skla mají výrazně odlišné tepelné koeficienty ve srovnání s germaniem, to znamená, že jejich dn/dT (změna indexu lomu s teplotou) je typicky opačná než u germania a koeficient tepelné roztažnosti se liší od germania
- Strategie atermalizace:
Kombinací chalkogenidových skleněných prvků s germaniovými prvky mohou designéři vytvořit pasivní atermalizaci. Protichůdné tepelné charakteristiky těchto materiálů mohou rušit posuny ohniska vyvolané teplotou. Proto to eliminuje nebo snižuje potřebu aktivních mechanismů pro úpravu zaostření.
Díky tomu jsou chalkogenidové brýle zvláště cenné při vytváření stabilních a spolehlivých termovizních systémů, které mohou pracovat v širokém rozsahu teplot bez úpravy zaostření.
Závěr:
Zatímco chalkogenidové sklo nabízí přesvědčivé výhody z hlediska ceny a vyrobitelnosti, nemůže zcela nahradit germanium v aplikacích tepelného zobrazování. Optimální přístup často zahrnuje použití obou materiálů strategicky, vyvažování požadavků na výkon s omezením nákladů.
Jak postupuje materiálová věda a zlepšují se výrobní techniky, chalkogenidové sklo bude pravděpodobně hrát stále důležitější roli v optice tepelného zobrazování, zejména v nákladně citlivých a velkoobjemových aplikacích.