A crise do germânio de 2024
A indústria de imagens térmicas foi significativamente afetada pela inflação sem precedentes dos preços do germânio durante 2024. Vários fatores contribuíram para esta situação:
Aumento de preços:
- Os preços do germânio mais que duplicaram em comparação com 2023;
- Algumas classes de germânio óptico tiveram aumentos de preços de até 200-300%
- Os custos das lentes de foco longo aumentaram ainda mais dramaticamente devido aos requisitos de maior volume de material
Drivers de mercado:
- Tensões geopolíticas que afetam as cadeias de abastecimento
- Aumento da demanda das indústrias de semicondutores e fibra óptica
- Fontes de produção global limitadas
- Estoque de materiais estratégicos pelas principais nações
Impacto na indústria de imagem térmica:
- Aumentos de custo significativos para sistemas ópticos LWIR - uma vez que no sistema óptico LWIR não resfriado usa amplamente F1.0 ou menos sistema óptico, devido ao requisito natural de NETD e MRTD do sistema não resfriado. Enquanto no MWIR, onde o sistema de refrigeração prevalece mais, as lentes F4.0 ou maiores são geralmente usadas para obter uma lente mais compacta e, portanto, menos impactada no custo do germânio.
- Prazos de entrega estendidos para óptica à base de germânio
- Crescente interesse em materiais e designs alternativos
- Pressão para otimizar projetos ópticos para uso mínimo de germânio
- Esta situação de mercado intensificou o interesse no vidro de calcogeneto como um material óptico alternativo, particularmente para aplicações sensíveis ao custo.
Portanto, durante o semestre deste ano voltou a surgir o temaSubstituição de Germânio por Vidro de Calcogeneto
O que éVidro de calcogeneto? Vidros de calcogeneto são compostos que contêm um ou mais elementos de calcógeno (enxofre, selênio ou telúrio) combinados com elementos como germânio, arsênico ou antimônio. Esses óculos exibem boa transmissão no espectro infravermelho, particularmente na faixa de 8-14 μm usada em imagens térmicas.
Comparação de vidro calcogeneto e germânio
| Imóvel/Aspectos | Vidro de calcogeneto | Germânio |
| Índice de refração | 2.4-2.7 | 4 |
| Faixa de transmissão | 8-14 μm (varia de acordo com a composição) | 2-14 μm |
| Custo de materiais (2024) | Mais baixo e estável | High and volatile (>Aumento de 2x em 2024) |
| Método de fabricação | Pode ser moldado, processamento mais fácil | Requer lixamento e polimento de precisão |
| Densidade | Mais baixo | Mais alto |
| Sensibilidade Térmica | Menos dependente da temperatura | Mais dependente da temperatura |
| Complexidade do projeto | Requer mais elementos | Menos elementos necessários |
| Tamanho da óptica | Elementos maiores necessários | Projetos mais compactos possíveis |
| Estabilidade Ambiental | Pode precisar de revestimento protetor | Altamente estável |
| Resistência Mecânica | Melhor resistência ao choque | Mais frágil |
| Volume de produção | Adequado para alto volume | Limitado pela disponibilidade de material |
| Aplicativos |
-Dispositivos de consumo -Sistemas de curto/médio alcance -Produtos sensíveis ao custo |
- Sistemas de última geração - (Ultra) óptica de longo/médio alcance - Militar/defesa |
| Custo por lente | Menor custo de material, mas pode precisar de mais elementos | Maior custo de material, mas menos elementos necessários |
Por que o calcogeneto não pode substituir completamente o germânio:
- Desempenho óptico:
O menor índice de refração deVidro de calcogenetosignifica que mais superfícies ópticas são necessárias, também é provável que o aumento das superfícies leve a mais perdas de transmissão e seja mais desafiador para alcançar designs compactos
- Requisitos do sistema:
Os sistemas de alto desempenho geralmente exigem as propriedades superiores do germânio, enquanto as aplicações de longo alcance precisam particularmente das características ópticas do germânio, especialmente algumas bandas de comprimento de onda exigem as propriedades de transmissão do germânio
- Compensações de design óptico:
Geralmente são sistemas maiores e mais pesados quando se utiliza apenas (ou mais) calcogeneto, ou aumentará a complexidade no projeto óptico, bem como poderá causar maior custo total em algumas aplicações, apesar do menor custo do material.
Vidros de calcogeneto em design de lentes atermalizadas
Os vidros de calcogeneto desempenham um papel crucial nos designs de lentes termalizadas para sistemas de imagem térmica devido a várias características principais:
- Propriedades Térmicas:
Os vidros de calcogeneto têm coeficientes térmicos significativamente diferentes em comparação com o germânio, o que significa que o seu dn/dT (mudança no índice de refração com a temperatura) é normalmente oposto ao do germânio e o coeficiente de expansão térmica difere do germânio.
- Estratégia de Termalização:
Ao combinar elementos de vidro de calcogeneto com elementos de germânio, os designers podem criar uma termalização passiva. As características térmicas opostas destes materiais podem anular as mudanças de foco induzidas pela temperatura. Portanto, isto elimina ou reduz a necessidade de mecanismos ativos de ajuste de foco.
Isso torna os vidros de calcogeneto particularmente valiosos na criação de sistemas de imagem térmica estáveis e confiáveis que podem operar em amplas faixas de temperatura sem ajuste de foco.
Conclusão:
Embora o vidro de calcogeneto ofereça vantagens atraentes em termos de custo e capacidade de fabricação, ele não pode substituir completamente o germânio em aplicações de imagem térmica. A abordagem ideal geralmente envolve o uso estratégico de ambos os materiais, equilibrando os requisitos de desempenho com as restrições de custo.
À medida que a ciência dos materiais avança e as técnicas de fabricação melhoram, o vidro de calcogeneto provavelmente desempenhará um papel cada vez mais importante na óptica de imagem térmica, particularmente em aplicações sensíveis ao custo e de alto volume.