Vuoden 2024 germaniumkriisi
Ennennäkemätön germaniumin hintainflaatio vuonna 2024 on vaikuttanut merkittävästi lämpökuvausteollisuuteen. Useat tekijät ovat vaikuttaneet tähän tilanteeseen:
Hintojen nousu:
- Germaniumin hinnat ovat yli kaksinkertaistuneet vuoteen 2023 verrattuna;
- Joidenkin optisten germaniumlaatujen hinnat ovat nousseet jopa 200-300 %
- Pitkän tarkennuksen objektiivien kustannukset ovat nousseet vieläkin dramaattisemmin materiaalimäärän kasvaneiden vaatimusten vuoksi
Markkina-ajurit:
- Toimitusketjuihin vaikuttavat geopoliittiset jännitteet
- Puolijohde- ja valokuituteollisuuden kysyntä kasvaa
- Rajoitetut maailmanlaajuiset tuotantolähteet
- Suurimpien maiden strategisen materiaalin varastointi
Vaikutus lämpökuvausteollisuuteen:
- Huomattavia kustannusten nousuja LWIR-optisissa järjestelmissä - koska jäähdyttämättömässä LWIR-optisessa järjestelmässä käytetään laajalti F1:tä.0 tai vähemmän optista järjestelmää luonnollisen jäähdyttämättömän järjestelmän NETD- ja MRTD-vaatimuksen vuoksi. MWIR:ssä, jossa jäähdytysjärjestelmä on enemmän vallitseva, F4.0 tai suurempaa linssiä käytetään yleensä kompaktimman koon saamiseksi, mikä vaikuttaa vähemmän germaniumkustannuksiin.
- Pidennetyt läpimenoajat germaniumpohjaiselle optiikalle
- Kasvava kiinnostus vaihtoehtoisiin materiaaleihin ja malleihin
- Paine optimoida optiset mallit minimaaliseen germaniumin käyttöön
- Tämä markkinatilanne on lisännyt kiinnostusta kalkogenidilasiin vaihtoehtoisena optisena materiaalina erityisesti kustannusherkissä sovelluksissa.
Siksi tämän vuoden puolivälin aikana aihe on jälleen noussut esiinGermaniumin korvaaminen kalkogenidilasilla
Mikä onKalkogenidilasi? Kalkogenidilasit ovat yhdisteitä, jotka sisältävät yhtä tai useampaa kalkogeenialkuainetta (rikkiä, seleeniä tai telluuria) yhdistettynä alkuaineisiin, kuten germaniumiin, arseeniin tai antimoniin. Näillä laseilla on hyvä läpäisy infrapunaspektrissä, erityisesti lämpökuvauksessa käytetyllä alueella 8-14 μm.
Kalkogenidilasin ja germaaniumin vertailu
| Kiinteistö/näkökohdat | Kalkogenidilasi | germaaniumia |
| Taitekerroin | 2.4-2.7 | 4 |
| Vaihteistoalue | 8-14 μm (vaihtelee koostumuksen mukaan) | 2-14 μm |
| Materiaalikustannukset (2024) | Matala ja vakaa | High and volatile (>2x kasvu vuonna 2024) |
| Valmistusmenetelmä | Voidaan muotoilla, helpompi käsitellä | Vaatii tarkkaa hiontaa ja kiillotusta |
| Tiheys | Alentaa | Korkeampi |
| Lämpöherkkyys | Vähemmän lämpötilariippuvainen | Riippuu enemmän lämpötilasta |
| Suunnittelun monimutkaisuus | Vaatii enemmän elementtejä | Tarvitaan vähemmän elementtejä |
| Optiikan koko | Tarvitaan suurempia elementtejä | Kompaktimmat mallit mahdollisia |
| Ympäristön vakaus | Saattaa tarvita suojapinnoitetta | Erittäin vakaa |
| Mekaaninen lujuus | Parempi iskunkesto | Hauraampaa |
| Tuotantomäärä | Soveltuu suurelle volyymille | Materiaalin saatavuus rajoittaa |
| Sovellukset |
- Kuluttajalaitteet -Lyhyen/keskialueen järjestelmät - Kustannusherkät tuotteet |
- Huippuluokan järjestelmät - (Ultra) Pitkän/keskialueen optiikka - Armeija/puolustus |
| Hinta per objektiivi | Pienemmät materiaalikustannukset, mutta ehkä enemmän elementtejä | Korkeammat materiaalikustannukset, mutta vähemmän elementtejä tarvitaan |
Miksi kalkogenidi ei voi korvata germaaniumia kokonaan:
- Optinen suorituskyky:
Alempi taitekerroinKalkogenidilasitarkoittaa, että tarvitaan enemmän optisia pintoja, se myös todennäköisesti kasvaa pintoja, mikä johtaa enemmän siirtohäviöihin ja on haastavampaa saavuttaa kompakteja malleja
- Järjestelmävaatimukset:
Suorituskykyiset järjestelmät vaativat usein germaniumin ylivoimaisia ominaisuuksia, kun taas pitkän kantaman sovellukset vaativat erityisesti germaniumin optisia ominaisuuksia, erityisesti jotkut aallonpituuskaistat vaativat germaniumin läpäisyominaisuuksia
- Optisen suunnittelun kompromissit:
Se on yleensä suurempia ja raskaampia järjestelmiä käytettäessä vain (tai useampaa) kalkogenidia, tai se lisää optisen suunnittelun monimutkaisuutta ja voi aiheuttaa korkeampia kokonaiskustannuksia joissakin sovelluksissa alhaisemmista materiaalikustannuksista huolimatta.
Kalkogenidilasit lämpökäsittelyssä
Kalkogenidilaseilla on keskeinen rooli lämpökuvausjärjestelmien termistettyjen linssien suunnittelussa useiden avainominaisuuksien vuoksi:
- Lämpöominaisuudet:
Kalkogenidilaseilla on merkittävästi erilaiset lämpökertoimet germaniumiin verrattuna, mikä tarkoittaa, että niiden dn/dT (muutos taitekertoimessa lämpötilan mukaan) on tyypillisesti päinvastainen kuin germaniumilla ja lämpölaajenemiskerroin eroaa germaniumista.
- Lämpenemisstrategia:
Yhdistämällä kalkogenidilasielementtejä germaniumelementteihin suunnittelijat voivat luoda passiivisen lämpökäsittelyn. Näiden materiaalien vastakkaiset lämpöominaisuudet voivat kumota lämpötilan aiheuttamat tarkennusmuutokset. Siksi tämä eliminoi tai vähentää aktiivisten tarkennuksen säätömekanismien tarvetta.
Tämä tekee kalkogenidilaseista erityisen arvokkaita luotaessa vakaita, luotettavia lämpökuvausjärjestelmiä, jotka voivat toimia laajalla lämpötila-alueella ilman tarkennuksen säätöä.
Johtopäätös:
Vaikka kalkogenidilasi tarjoaa vakuuttavia etuja kustannusten ja valmistettavuuden suhteen, se ei voi täysin korvata germaniumia lämpökuvaussovelluksissa. Optimaaliseen lähestymistapaan kuuluu usein molempien materiaalien strateginen käyttö tasapainottaen suorituskykyvaatimukset ja kustannusrajoitukset.
Kun materiaalitiede kehittyy ja valmistustekniikat paranevat, kalkogenidilasilla tulee todennäköisesti olemaan yhä tärkeämpi rooli lämpökuvausoptiikassa, erityisesti kustannusherkissä ja suuren volyymin sovelluksissa.