DE3643692A1 - Tarnvorrichtung - Google Patents
TarnvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Tarnvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Die Tarnung von Objekten gegen moderne Aufklärungs- und
Sichtgeräte ist eine komplexe Aufgabe. Viele Vorschläge,
die sich Teilaspekten dieser Aufgabe widmen, sind bekannt.
Im sichtbaren Spektralbereich besteht z. B. die Möglichkeit
des Farbanstrichs. Im Radarbereich können metallische
Objekte, welche einen hohen Rückstreuquerschnitt aufweisen,
mit Hilfe von radarabsorbierendem Material abgedeckt werden.
Zur Tarnung im Infraroten gegen Wärmebildaufklärung sind
unter anderem verchiedene Beschichtungen mit niedrigemittierender
Wirkung vorgeschlagen worden.
Unterzieht man diesen Stand der Technik einer kritischen
Betrachtung, so sind vor allem zwei Problembereiche zu erkennen:
- 1. Im Wärmestrahlungsbereich ergeben die bekannten niedrigemittierenden Beschichtungen nur eine ungenügende Tarnwirkung.
- 2. Die Tarnmaßnahmen gegen Aufklärungstechniken aus verschiedenen Spektralbereichen sind meist nicht miteinander verträglich, d. h., die meisten Tarnmittel heben sich in ihrer Wirkung bei kombiniertem Einsatz gegeneinander auf.
Der Grund für die ungenügende Situation im thermischen
Infrarot (Problembereich 1) liegt darin, daß mit einer
niedrigemittierenden Beschichtung zwar die direkte Abstrahlung
des Objektes ganzflächig oder fleckenartig vermindert
werden kann, für die Erkennbarkeit des Objektes im Wärmebild
aber neben dem Emissionsgrad weitere Faktoren, wie
Temperatur des Objektes im Verhältnis zum Hintergrund,
Reflexionen der Temperaturstrahlung des Vordergrundes oder
des Himmels, Konturen des Objektes bzw. des Tarnanstriches
etc., maßgebend sind. Nur in ganz speziellen Fällen, z. B.
bei sehr heißen Objekten, kann deshalb durch eine Beschichtung
mit einem erniedrigten, aber festen Emissionsgrad
ein IR-Tarneffekt erreicht werden.
Um eine wirksame Infrarot-Tarnung zu erzielen, sind also
Tarnmittel erwüscht, die eine Steuerung des Emissionsgrades
und dessen flächenhafter Verteilung zulassen, so
daß das Wärmebild des Objektes zu jeder Zeit an die Konturen
und die Strahlungsdichte des Hintergrundes angepaßt
werden kann.
Der zweite Problembereich, die unzureichende Kompatibilität
multispektraler Tarnmittel, ist ebenfalls durch elementare
physikalische Zusammenhänge begründet. Die bekannten niedrigemittierenden
Beschichtungen arbeiten mit metallischen
Substraten oder mit eingelagerten leitfähigen Partikeln,
z. B. metallpigmentierte Lacke. Die Metallkomponente bewirkt,
daß die Schichtsysteme für elektromagnetische Strahlung
allgemein undurchlässig sind und breitbandig eine starke
Reflexionswirkung zeigen. Im sichtoptischen Bereich wird
die unerwünschte Reflexion üblicherweise mit Hilfe von Farbpigmenten
unterdrückt, dies ist jedoch im Mikrowellen- und
Radiowellenbereich nicht möglich.
Das bedeutet, daß die bekannten IR-Tarnmittel gegenüber
Radaraufklärung keine tarnende Wirkung zeigen oder daß die
Entdeckbarkeit eher noch erhöht wird, wenn das Objekt selbst
einen geringen Rückstreuquerschnitt besitzt. Die Kombination
mit einem radarabsorbierenden Material bietet keine Lösung:
Wird dieses Material hinter der IR-Tarnschicht eingesetzt,
hat es keine Wirkung, wird es davor eingesetzt, verliert das
IR-Tarnmittel seine Wirkung, da alle bekannten Radarabsorber
infrarotundurchlässig sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zu schaffen, mit der das Wärmebild eines Objektes
gezielt beeinflußbar und insbesondere an das Wärmebild
seines Hintergrundes angleichbar ist. Außerdem soll eine
Tarnwirkung oder eine Kompatibilität mit Tarnmitteln in
anderen Spektralbereichen gegeben sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Vorrichtung
mit den in den Ansprüchen genannten Merkmalen gelöst.
Grundidee ist die Veränderung des Wärmeemissionsgrades.
Insbesondere kann diese Veränderung durch eine elektrische
Steuerung erfolgen. Dazu ist der zu tarnende Körper mit
einer flächenhaften Anordnung von Zellen ausgestattet. Jede
Zelle besteht aus einem System dünner Schichten auf einer
geeigneten Unterlage, einer Kunststoff-Folie oder einer
Platte und einem elektrischen Anschluß. Mit Hilfe elektrischer
Spannungssignale können die ε-Werte der Zellen individuell
eingesetzt werden, so daß sich in der Gesamtheit
der Eindruck eines bestimmten Wärmebildes ergibt, obwohl
sich die Zellen auf einem einheitlichen oder einem willkürlichen
Temperaturniveau befinden.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich zur Infrarottarnung
von Objekten und zur Vortäuschung von Wärmebildkonturen von
Objekten, die in Wirklichkeit nicht vorhanden sind, sowie für
sonstige Zwecke der Infrarot-Bilderzeugung.
Da die Zellen bei bestimmten Ausführungsformen auch im
sichtbaren Bereich ihre Eigenschaften ändern, ist auch eine
Tarnung gegenüber optischer Erkennung durchführbar.
Der bevorzugte Mechanismus der erfindungsgemäßen ε-Steuerung
beruht darauf, daß in der Nähe der Oberfläche eines
Schichtsystems die Hochfrequenz-Leitfähigkeit einer Zone
durch einen elektrochemischen Mechanismus variiert wird und
dadurch eine Änderung des Wärmeemissionsgrades hervorgerufen
wird. Die Steuerung der infrarot-optischen Wirkung wird
durch zeitliche oder örtliche Veränderung der Dichte freier
Elektronen erreicht, und zwar in einer Schichtzone, welche
für die Wärmeemission des Systems verantwortlich ist.
Dabei werden zwei Formen der ε-Steuerung unterschieden:
- 1. Reversible Veränderung der aktiven Zone im Bereich hoher elektrischer Leitfähigkeit zwischen einem Zustand mit überwiegendem Absorptionscharakter und einem Zustand mit überwiegendem Reflexionscharakter ("Reflektorsteuerung").
- 2. Reversible Veränderung der aktiven Zone mit Bereich mäßiger Leitfähigkeit (z. B. <10 Ω-1cm-1) zwischen einem Zustand mit überwiegendem Absorptionscharakter und überwiegendem Transmissionscharakter ("Absorbersteuerung").
In den Fig. 1 und 2 sind diese beiden Prinzipien dargestellt.
Die Grundkonfiguration enthält zur Realisierung der
elektrischen Ansteuerung eine IR-transparente Frontelektrode
1 und eine dünne metallische Rückelektrode 2. Dazwischen befinden
sich eine ionenleitende Schicht 3, 5 und eine steuerbare
Schicht 4, 6. Die beiden Schaltzustände seien mit H
(hohe Emission, ε→1) und N (niedrige Emission, ε→0)
bezeichnet.
Bei der Reflektorsteuerung der Fig. 1 besteht die steuerbare
Schicht 4 im Zustand H aus einem IR-absorbierenden
oder -transparenten Material. Die Oberfläche strahlt abhängig
von der Zelltemperatur TZ mit einer Strahlungsdichte
L≈εσ · TZ⁴ (ε→1, σ=Stefan-Boltzmann-Konstante).
Einfallende Strahlung aus der Umgebung wird zumindest vom
Ionenleiter 3 nahezu völlig absorbiert (gepunktet gezeichnet)
und gelangt nicht zum Wärmebildgerät des Beobachters.
Nach dem Schalten in Zustand N wird die steuerbare Schicht 4
hochleitfähig und somit reflektierend. Die Zelle kann keine
Eigenstrahlung mehr aussenden (ε→0), die Temperaturstrahlung
der Umgebung (auf Temperatur TU) wird reflektiert, so
daß die Abstrahlung nun L≈σ · TU⁴ wird.
Unter der Annahme, daß TZ relativ hoch ist (erwärmtes
Objekt) und TU relativ niedrig (Himmelsstrahlung), kann
durch diesen Schaltvorgang die scheinbare Temperatur eines
Objektbildpunktes (Zelle) gezielt beeinflußt werden. Ähnliche
Überlegungen können für andere Temperaturverhältnisse
einer Szene angestellt werden. Dabei zeigt sich, daß mit
Ausnahme weniger extremer Situationen die Steuerung des
ε-Wertes stets eine perfekte Tarnung ermöglicht, d. h.,
die scheinbare Temperatur des Tarnmittels kann exakt an die
tatsächliche Temperatur des Hintergrundes angeglichen
werden. Selbst bei den Ausnahmefällen, in denen rechnerisch
die perfekte Tarnung nicht gegeben ist, ist ein System mit
schaltbarem ε-Wert (H-, N-Zustände) gegenüber einer Fläche
mit einem beliebigen festen ε-Wert im Vorteil.
Ähnlich arbeitet die Absorbersteuerung der Fig. 2. Dort ist
die steuerbare Schicht 6 im Zustand N IR-transparent. Die
Zelle besitzt ein ε→0 wegen der Transparenz der ionenleitenden
Schicht 5 und der hohen Reflexion an der Rückelektrode
2. Durch den Schaltvorgang wird Schicht 6 IR-absorbierend
(gepunktet gezeichnet) und ε steigt an.
Die Angaben ε→0 und ε→1 sind nur als Idealfall zu verstehen,
da aufgrund unvermeidlicher Absorptions- und Streuverluste
diese Grenzwerte nur annähernd erreichbar sind.
Zur eigentlichen Bilddarstellung mit Hilfe einer größeren
Anzahl von steuerbaren Elementen bieten sich zwei Varianten
an. Zum einen können die gewünschten IR-Konturen durch die
geometrische Formgebung relativ großer aneinandergereihter
Zellen hervorgerufen werden. Die ε-Werte der verschiedenen
Bildflächen werden "analog" eingestellt, d. h., verschiedene
Grauwertabstufungenim Wärmebildgerät werden durch
entsprechende ε-Zwischenwerte erzeugt. Die zweite Möglichkeit
besteht darin, die Dimensionen der steuerbaren Einzelzelle
relativ klein gegenüber dem Auflösungsvermögen des
Beobachters zu wählen und eine Gruppe von Einzelzellen (z. B.
10×10 cm) jeweils zu einem Bildelement (z. B. 30×30 cm),
das aus typischen Entfernungen nicht mehr optisch aufgelöst
wird, zusammenzufassen. Die Einzelzellen werden "digital",
d. h., in ihren beiden Extremwerten, geschaltet, die
Grauwertabstufung eines Bildelementes ergibt sich aus der
Anzahl der in einem Zustand befindlichen Einzelzellen.
Natürlich sind auch andere geometrische und organisatorische
Ansteuerungsformen, insbesondere unter Einschaltung
elektronischer Komponenten und Mikroprozessoren, möglich,
auf die nicht weiter eingegangen werden soll, da sie von
anderen Bilderzeugungstechniken her grundsätzlich bekannt
sind.
Die erfindungsgemäße Lösung zur Infrarottarnung mittels
eines steuerbaren, fiktiven Wärmebildes bietet Möglichkeiten
zur Realisierung multispektraler Tarnsysteme. Eine
simultane Tarnwirkung im sichtoptischen Bereich kann erzielt
werden durch Vorschaltung von bekannten Farbanstrichen
oder Beschichtungen mit ausreichender Infrarottransparenz.
Die Erfindung bietet darüber hinaus eine andere interessante Möglichkeit
für die simultane optische Tarnung. Einige der beschriebenen
Ausführungsformen zur ε-Steuerung sind mit Änderungen
des visuellen Eindrucks (Farbe, Helligkeit, Glanzgrad,
Streuung) gekoppelt. Bei Verwendung einer durchsichtigen
Abdeckung entsteht eine Verbesserung der Tarnwirkung
dadurch, daß die Konturenanpassung im Infraroten und im
Sichtbaren durchgeführt wird. Diese Konturenanpassung, z. B.
durch Hervorrufen von charakteristischen Hell/Dunkel-Mustern,
ist meist für die Erkennbarkeit aus größeren Entfernungen
mehr entscheidend als eine genaue farbliche Anpassung an den
Hintergrund.
Die Kompatibilität mit Tarn-Maßnahmen im Radarbereich ist
durch folgende Eigenschaften gegeben:
Die erfindungsgemäßen Schichtsysteme benützen zur Absenkung
der Infrarotemission metallische oder metallähnliche leitfähige
Schichten in einer äußerst geringen Schichtdicke von
typischerweise 200 Å, also gerade so viel, wie für die Auslösung
der IR-Effekte notwendig ist. Die Dämpfung im Radarbereich
ist damit ebenfalls auf ein Minimum beschränkt, so
daß die erfindungsgemäße IR-Tarnfolie in Kombination mit
einem dahinterliegenden Radarabsorber eingesetzt werden kann.
Eine weitergehende simultane Radartarnwirkung läßt sich
durch Integration der erfindungsgemäßen Schichtsysteme in
einen sogenannten Resonanzabsorber bewerkstelligen. Wegen
der geringen Schichtdicken der aktiven Zonen von wenigen
Mikrometern wirkt ein derartiges System für die langwellige
Radarstrahlung wie eine einzige dünne, hochohmig leitfähige
Schicht, unabhängig vom jeweiligen Schaltzustand.
Durch Kombination dieser für Radarwellen halbdurchlässigen
Schicht mit einer metallischen Reflektorschicht im Abstand
von λ/4 (λ=Radarwellenlänge im Bereich von cm) können
unter Ausnutzung des bekannten Interferenzprinzips hochwirksame
Radarabsorber realisiert werden, welche gegenüber den
bekannten Systemen simultane Tarnwirkung im Infraroten und
im sichtoptischen Bereich besitzen.
Die weitere Beschreibung der Erfindung, insbesondere die
stoffliche Realisierung des elektrooptischen Schaltvorgangs,
wird anhand der Fig. 1 und 3 bis 6 gegeben.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zelle. Auf einem geeigneten
Träger, der hier nicht gezeigt ist, z. B. auf einer
Kunststoffplatte oder -folie, wird zunächst eine leitfähige
dünne Schicht aus Blei aufgebracht, die als Rückelektrode 2
dient. Die steuerbare Schicht 4 und die ionenleitende Schicht
3 bestehen hier aus Bleifluorid PbF₂ von insgesamt einigen
Mikrometern Dicke, die Schicht 3 ist hier zur Steigerung der
IR-Absorption mit Pigmenten aus Blei, Bleioxid oder andern
Substanzen versehen. Die Frontelektrode 1 besteht aus einem
inerten dünnen Halbleiterfilm, z. B. aus Silizium, Indiumoxid,
Zinnoxid, Bleioxid, Bleisulfid, mit einer genügenden Infrarottransparenz.
Wird der Frontkontakt negativ vorgespannt,
dann scheidet sich in der Schicht 4 eine metallische Bleischicht
aus. Eine entsprechende Menge Blei geht dafür an der
Rückelektrode 2 in PbF₂ über. Zum Steuern des ε-Wertes
reicht die Erzeugung einer Metallschicht von 100 bis 300 Å
Dicke. Die Höhe der Steuerspannung von typisch 1 bis 10 Volt
bestimmt die Geschwindigkeit des Effektes. Der Vorgang läuft
in der Größenordnung von Sekunden ab. Möglich ist es auch,
die Schichten 3 und 4 identisch auszubilden. Frontseitig
kann die Zelle durch eine IR-transparente Deckschicht oder
eine Folie, z. B. Polyethylen, geschützt werden.
Fig. 3 zeigt eine bezüglich Wirkung und Zyklenfestigkeit
optimierte Ausführung, bei der die Bildung und Auflösung der
Reflektorschicht homogen, also gleichmäßig, über die Fläche
verläuft. Dies wird dadurch erreicht, daß die Reaktionszone
Pb/PbF₂ räumlich begrenzt ist. Die aktiven Zonen bestehen
hier aus zwei dünnen Schichten 7 (PbF₂) und 8 (Pb) von einigen
100 Å Schichtdicke, welche durch eine selektiv ionenleitende
Schicht (Festelektrolyt) oder eine ionenleitende Polymermembran
9 getrennt sind. Bei Verwendung eines Anionenleiters
wie PbF₂ für die Schichten 7 und 8 muß die Polymermembran
9 für das bewegliche Anion, hier das Fluorion,
durchlässig sein. Dafür eignen sich z. B. andere (bleifreie)
fluoridische Ionenleiter, wie KBiF₄, BaF₂, SrF₂, Ba1-xLaxF2+x
und ähnliche Verbindungen.
Beim Schalten wandelt sich die PbF₂-Schicht 7 quantitativ
in Pb 7′ um, beim Umpolen läuft die Reaktion in umgekehrter
Richtung ab. Die Funktion der Rückelektrode 2 übernimmt eine
gegen das Fluor-Ion inerte Metallschicht, wie Molybdän oder
eine Halbleiterschicht, wie sie am Frontkontakt eingesetzt
ist.
Nicht gezeigt ist, daß die PbF₂/Pb-Zelle auch im Absorbermodus
betrieben werden kann, wenn die PbF₂-Schicht 7 beim
Herstellen wesentlich dicker als die Pb-Schicht 8 ausgeführt
wird. Diese Unsymmetrie wirkt sich dergestalt aus, daß bei
negativ gepoltem Frontkontakt das Blei in der PbF₂-Schicht
dispersiv in Form von Körnern oder Whiskern ausfällt (Zustand
H), während bei positivem Frontkontakt die rückwärtige dünne
PbF₂-Schicht komplett zu Pb umgewandelt wird, so daß eine
reflexionsfähige geschlossene Metallschicht entsteht (Zustand
N). In diesem Fall muß die Schicht 9 IR-transparent sein.
Das System PbF₂/Pb steht hier stellvertretend für die Gruppe
der festen Ionenleiter, die aus einer Verbindung mit einem
stabilen Metall hervorgehen. Beispiele sind Anionenleiter wie
Halogenverbindungen des Zinns, des Wismuths des Mangans, des
Zirkoniums sowie Kationenleiter vom Typ AgJ und ionenleitende
Kupferhalogenide.
Fig. 4 und 5 zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung,
die auf elektrisch leitfähigen Polymerschichten basieren,
deren Leitfähigkeit durch elektrochemische Dotierung im Betrieb
gesteuert werden kann. Beispiele sind Polypyrrol,
Polyanilin und Polythiophen.
Fig. 4 zeigt den Aufbau für eine Reflektorsteuerung. Es
werden zweckmäßigerweise zwei identische reaktionsfähige
Polymerschichten 10 und 11 angrenzend an die beiden Elektroden
eingesetzt. Dazwischen befindet sich ein Ionenleiter
12, der das zur Dotierung verwendete Ion übertragen kann.
Dieser kann aus einem wäßrigen Elektrolyten, aus einem
Festelektrolyten oder aus halbfesten, gelartigen Substanzen
bestehen. Gut bewährt haben sich die Kombination von Polyanilinschichten,
die durch Protonen dotierbar sind, mit
Elektrolyten aus polymeren Sulfonsäuren sowie Polypyrrolschichten
in Kombination mit NaClO₄- oder LiClO₄-Elektrolyten
und Dotierung durch Na⁺- oder Li⁺-Ionen.
Unter dem Einfluß des elektrischen Feldes ändert sich die
Dotierung und damit die Leitfähigkeit der beiden aktiven
Polymerschichten 10 und 11 wechselseitig. Im Zustand N in
Fig. 4 links ist die frontseitige Polymerschicht hochleitfähig
(metallähnlich), im Zustand H ist sie weniger leitfähig
oder isolierend, so daß gegenüber Infrarotstrahlung
mehr oder weniger starke absorbierende Wirkung auftritt.
Der Reflektormodus eignet sich nur für Polymere, welche
tatsächlich eine metallähnliche Leitfähigkeit (z. B. besser
als 10 Ω-1cm-1) annehmen können, um eine genügend hohe
Reflektivität bzw. (niedrige Emissivität) zu erreichen.
Modifikationen, welche nur mittlere Leitfähigkeit aufweisen
und dafür im alternativen Schaltzustand in den
IR-transparenten Bereich gelangen, werden besser im
Absorbermodus betrieben.
Fig. 5 zeigt eine solche Ausführung einer Zelle, die im
Absorbermodus betrieben wird. Hier wird die Reflektorwirkung
im Zustand N durch eine zusätzliche Metallschicht 13
hinter der frontseitigen aktiven Polymerschicht 10 erzeugt.
Diese Reflektorschicht muß mikroporös sein, um die Diffusion
der Dotierionen nicht zu behindern, andererseits muß
sie eine genügende Schichtdicke (bevorzugt <10 nm) und
Geschlossenheit aufweisen, um die niedrigemittierende Wirkung
aufrechtzuerhalten. Gute Ergebnisse können hier mit
dünnen Edelmetallschichten aus Gold und Platin in Schichtdicken
von 100 bis 300 Å erzielt werden. Für Systeme mit
Protonendotierung eignen sich besonders gut Palladiumschichten
aufgrund ihrer hohen Wasserstoffpermeabilität.
Statt der oben beschriebenen rückseitigen steuerbaren Polymerschicht
11 kann auch eine andere organische oder anorganische
Ionenspeicherschicht vorgesehen sein, die die zur
elektrochemischen Dotierung der steuerbaren Schichten 6 oder
10 notwendigen Ionen nach Bedarf speichert oder abgibt.
Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Tarnung
sich auch auf das Radargebiet erstreckt. Das Schichtsystem
14 nach Art der Fig. 1 bis 5 bildet hier eine IR-Tarnfolie
und ist vor einer totalreflektierenden kompakten
Metallschicht 15 angeordnet. Die Abstandschicht 16 besteht
aus einem dielektrischen, verlustarmen Material, das bezüglich
Dielektrizitätskonstante und Schichtdicke so angepaßt
ist, daß die λ/4-Beziehung für destruktive Interferenz erfüllt
wird. Zur optimalen Anpassung dieses Systems sollte
das Schichtsystem 14 eine bestimmte Leitfähigkeit besitzen.
Nach den obigen Ausführungen kann die effektive gesamte
Leitfähigkeit des IR-Tarnsystems in weiten Grenzen verändert
werden, z. B. durch die Schichtdicke des Rückkontaktes, ohne
die steuerbare IR-Wirkung zu beeinträchtigen.
Die erfindungsgemäßen Zellen können zur Erhöhung der Radartarnung
auch sehr dünn ausgelegt sein und vor einer an sich
bekannten Radarabsorberstruktur eingebaut werden.
Die Herstellung der beschriebenen Schichtsysteme kann grundsätzlich
nach bekannten Beschichtungsverfahren erfolgen. Für
die Darstellung von Versuchszellen nach den Fig. 1 bis 5
wurden bisher folgende Verfahren erfolgreich eingesetzt:
Die anorganischen Ionenleiter (PbF₂, AgJ u. a.) sowie Metallschichten
(Pb, Mo, Au, Pt, Pd, Ag) wurden durch Hochvakuumbedampfung
gewonnen. Für die Abscheidung transparenter Halbleiterschichten
auf Basis Indium-Zinn-Oxid (ITO) wurde wie
üblich das Kathodenzerstäuben (Sputtern) herangezogen. Die
Polymerschichten wurden durch bekannte chemische und elektrochemische
Verfahren erzeugt.
Zum Beispiel können homogene Schichten aus Polyanilin durch
anodische Oxidation von Anilin aus einer sauren, wäßrigen
Lösung, bestehend aus H₂SO₄-NaSO₄, HCl-NH₄Cl oder HClO₄-NaClO₄,
erzeugt werden. Typische Oxidationspotentiale sind 0,8 bis
1,2 V.
Polypyrrolschichten werden bevorzugt aus wasserfreien
Elektrolyten polymerisiert, z. B. aus Et₄NBF₄ (Tetraethylammoniumfluoroborat)
in Acetonitril mit Pyrrol als Monomer.
Die elektrochemische Polymerisation kann potentiostatisch
(1,3-2 V), galvanostatisch (ca. 1 mA/cm²) oder mit einer
dreieckförmigen Wechselspannung (0,2 . . . 2 V) erfolgen.
Bevorzugte Schichtdicken und Materialien sind Gegenstände
von Unteransprüchen.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Tarnung von Objekten gegen multispektrale
Aufklärung, gekennzeichnet durch
Zellen, deren Wärmeemissionsgrad unabhängig voneinander
mittels elektrischer Ansteuerung einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zellen aus einem Schichtsystem bestehen und
die Hochfrequenzleitfähigkeit mindestens einer Schichtzone
durch eine reversible elektrochemische Reaktion
in der Zelle verändert werden kann.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet
durch folgenden Aufbau der Zellen:
- a) eine durchgehende oder durchbrochene, infrarotdurchlässige Frontelektrode (1),
- b) eine Rückelektrode (2)
- c) eine steuerbare Schicht (4), die bevorzugt unmittelbar hinter der Frontelektrode (1) in mindestens einem Schaltzustand eine hohe elektrische metallähnliche Leitfähigkeit annehmen kann (Reflektorsteuerung) und
- d) eine dahinterliegende infrarotabsorbierende, ionenleitende Schicht (3).
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet
durch folgenden Aufbau der Zellen:
- a) eine infrarotdurchlässige Frontelektrode (1),
- b) eine Rückelektrode (2),
- c) eine steuerbare Schicht (6), die bevorzugt unmittelbar hinter der Frontelektrode (1) in mindestens einem Schaltzustand infrarotabsorbierend ist und in einem anderen Schaltzustand eine hohe Infrarotdurchlässigkeit annehmen kann (Absorbersteuerung) und
- d) eine dahinterliegende infrarotdurchlässige, ionenleitende Schicht (5).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die steuerbare Schicht (4) aus
einem anorganischen Ionenleiter besteht, der durch
elektrochemische Reduktion und Oxidation unter Mitwirkung
eines anorganischen Festelektrolyten oder einer
ionenleitenden Polymermembran (ionenleitende Schichten
3 und 5) Ausscheidung und Auflösung metallischer Phasen
zeigt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sich eine zweite steuerbare Schicht (8) mit einer
sehr geringen Schichtdicke vor der Rückelektrode (2)
befindet und daß die steuerbare Schicht (7) an der
Frontseite wesentlich dicker ausgebildet ist als die
hintere dünne steuerbare Schicht (8).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die steuerbare Schicht eine elektrisch
leitfähige Polymerschicht (10) ist, deren Leitfähigkeit
und Infrarotabsorptionsgrad durch elektrochemisches
Dotieren unter Mitwirkung eines festen, halbfesten
oder flüssigen Elektrolyten (12) stark verändert
werden können.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 7, gekennzeichnet
durch eine zusätzliche dünne reflektierende Metallschicht
(13) hinter der steuerbaren Polymerschicht (10),
wobei die Metallschicht (13) ionenpermeabel ist und die
dahinterliegende Ionenleiterschicht (12) nicht notwendigerweise
infrarotdurchlässig sein muß.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet
durch eine zusätzliche anorganische oder organische
Ionenspeicherschicht (11) vor der Rückelektrode
(2), wobei die Ionenspeicherschicht (11) die zur elektrochemischen
Dotierung der steuerbaren Schicht (10)
notwendigen Ionen nach Bedarf speichert oder abgibt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen, gemessen am
Auflösungsvermögen eines Sichtgerätes, relativ kleinflächig
ausgeführt sind und zwischen zwei ε-Extremwerten
geschaltet werden können und daß jeweils Gruppen
von Zellen in einer flächenhaften Matrix so zusammengefaßt
sind, daß sich eine quasi-kontinuierliche
ε-Signatur bzw. Grauwertverteilung des Bildes ansteuern
läßt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen ein Schichtsystem
(14) eines Radarresonanzabsorbers bilden und
die Hochfrequenzleitfähigkeit der Zellen auf minimale
Reflexion des Gesamtsystems abgestimmt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten, insbesondere
die elektrisch leitfähigen Schichten (1, 2, 4, 6)
so dünn ausgebildet sind, daß sie möglichst radartransparent
sind und sich vor einer an sich bekannten radarabsorbierenden
Schicht befinden.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch folgende Schichtdicken:
- Frontelektrode (1)|0,1-0,5 µm
- steuerbare Schicht (4, 6, 10) 2-5 µm
- steuerbare dünne Schicht (8) 10-20 nm
- ionenpermeable reflektierende Schicht (13) <10 nm
- ionenleitende Schicht (3, 5, 9, 12) 5-10 µm
- Ionenspeicherschicht (11) 2-5 µm
- Rückelektrode (2) 0,1-1 µm
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus einem
der folgenden Materialien bestehen:
- Frontelektrode (1)
In₂O₃: SnO₂ (=ITO), SnO₂, Si, Mo, ZnSe und andere Halbleiter
- steuerbare Schicht (4, 6, 7, 8, 10) PbF₂, AgJ, RbAg₄J₅, Polyanilin (Salz der Schwefelsäure), Polypyrrol, Polythiophen und andere leitfähige Polymere
- ionenpermeable reflektierende Schicht (13) Pd, Pt, Rh
- ionenleitende Schicht (3, 5, 9, 12) PbF₂, AgJ, RbAg₄J₅, polymere Sulfonsäuren, polymere Carbonsäuren, H₂SO₄ gepuffert, HCl gepuffert, H₂ClO₄ gepuffert
- Ionenspeicherschicht (11) Polyanilin, Pd, Pt, Rh, ITO
- Rückelektrode (2) Ti, Mo, Pt, Pd, Pb, Ag, ITO
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