Germanijeva kriza 2024
Na industrijo termalnih slik je močno vplivala inflacija cen germanija brez primere v letu 2024. K tej situaciji je prispevalo več dejavnikov:
Rast cene:
- Cene germanija so se v primerjavi z letom 2023 več kot podvojile;
- Nekatere vrste optičnega germanija so se podražile do 200-300 %
- Stroški dolgogoriščnih objektivov so se še bolj dramatično povečali zaradi večjih zahtev glede količine materiala
Gonilniki trga:
- Geopolitične napetosti, ki vplivajo na dobavne verige
- Povečano povpraševanje industrije polprevodnikov in optičnih vlaken
- Omejeni svetovni proizvodni viri
- Kopičenje strateških materialov pri večjih državah
Vpliv na industrijo toplotnih slik:
- Znatno povečanje stroškov za optične sisteme LWIR - ker v nehlajenem optičnem sistemu LWIR pogosto uporabljajo optični sistem F10 ali manj, zaradi zahteve NETD in MRTD naravnega nehlajenega sistema. Medtem ko se v MWIR, kjer bolj prevladuje hladilni sistem, F40 ali večja leča običajno uporablja za pridobitev bolj kompaktne leče, s čimer manj vpliva na stroške germanija.
- Podaljšani dobavni roki za optiko na osnovi germanija
- Vse večje zanimanje za alternativne materiale in dizajne
- Pritisk za optimizacijo optičnih zasnov za minimalno uporabo germanija
- Ta tržna situacija je povečala zanimanje za halkogenidno steklo kot alternativni optični material, zlasti za stroškovno občutljive aplikacije.
Zato se je v polovici letošnjega leta ponovno pojavila temaZamenjava germanija s halkogenidnim steklom
Kaj jeHalkogenidno steklo? Halkogenidna stekla so spojine, ki vsebujejo enega ali več halkogenskih elementov (žveplo, selen ali telur) v kombinaciji z elementi, kot so germanij, arzen ali antimon. Ta stekla kažejo dobro prepustnost v infrardečem spektru, zlasti v območju 8-14 μm, ki se uporablja pri termalnem slikanju.
Primerjava halkogenidnega stekla in germanija
| Lastnost/vidiki | Halkogenidno steklo | Germanij |
| Indeks loma | 2.4-2.7 | 4 |
| Obseg prenosa | 8-14 μm (odvisno od sestave) | 2-14 μm |
| Stroški materiala (2024) | Nižje in stabilno | High and volatile (>2x povečanje v letu 2024) |
| Metoda izdelave | Lahko se oblikuje, lažja obdelava | Zahteva natančno brušenje in poliranje |
| Gostota | Nižje | višje |
| Toplotna občutljivost | Manj odvisno od temperature | Bolj odvisno od temperature |
| Kompleksnost oblikovanja | Zahteva več elementov | Manj potrebnih elementov |
| Velikost optike | Potrebni so večji elementi | Možne so bolj kompaktne izvedbe |
| Stabilnost okolja | Morda bo potreben zaščitni premaz | Zelo stabilen |
| Mehanska trdnost | Boljša odpornost na udarce | Bolj krhka |
| Obseg proizvodnje | Primerno za velike količine | Omejeno z razpoložljivostjo materiala |
| Aplikacije |
-Potrošniške naprave -Sistemi kratkega/srednjega dosega - Stroškovno občutljivi izdelki |
- Vrhunski sistemi - (Ultra) optika dolgega/srednjega dosega - Vojska/obramba |
| Cena na objektiv | Nižji stroški materiala, vendar bo morda potrebno več elementov | Višji stroški materiala, vendar manj potrebnih elementov |
Zakaj halkogenid ne more v celoti nadomestiti germanija:
- Optična zmogljivost:
Nižji lomni količnikHalkogenidno steklopomeni, da je potrebnih več optičnih površin, bo povečanje površin verjetno vodilo do večjih izgub pri prenosu in doseganje kompaktnih zasnov je težje.
- Sistemske zahteve:
Visokozmogljivi sistemi pogosto zahtevajo odlične lastnosti germanija, medtem ko aplikacije na velike razdalje potrebujejo predvsem optične lastnosti germanija, zlasti nekateri pasovi valovnih dolžin zahtevajo lastnosti prenosa germanija
- Kompromisi optičnega oblikovanja:
Običajno gre za večje in težje sisteme, če se uporablja samo (ali več) halkogenid, sicer bo to povečalo zapletenost optične zasnove, lahko pa tudi povzroči višje skupne stroške v nekaterih aplikacijah kljub nižjim stroškom materiala.
Halkogenidna očala v zasnovi atermaliziranih leč
Halkogenidna stekla igrajo ključno vlogo pri oblikovanju atermaliziranih leč za toplotne slikovne sisteme zaradi več ključnih značilnosti:
- Toplotne lastnosti:
Halkogenidna stekla imajo bistveno drugačne toplotne koeficiente v primerjavi z germanijevimi, kar pomeni, da je njihov dn/dT (sprememba lomnega količnika s temperaturo) običajno nasproten kot pri germaniju in koeficient toplotne razteznosti se razlikuje od germanija
- Strategija atermalizacije:
S kombiniranjem elementov iz halkogenidnega stekla z elementi iz germanija lahko oblikovalci ustvarijo pasivno atermalizacijo. Nasprotne toplotne lastnosti teh materialov lahko izničijo temperaturno povzročene premike fokusa. Zato to odpravi ali zmanjša potrebo po aktivnih mehanizmih za prilagajanje ostrenja.
Zaradi tega so halkogenidna stekla še posebej dragocena pri ustvarjanju stabilnih, zanesljivih sistemov za termično slikanje, ki lahko delujejo v širokem temperaturnem območju brez prilagajanja ostrenja.
Zaključek:
Medtem ko halkogenidno steklo ponuja prepričljive prednosti v smislu stroškov in izdelave, ne more popolnoma nadomestiti germanija v aplikacijah za termično slikanje. Optimalen pristop pogosto vključuje strateško uporabo obeh materialov, pri čemer je treba uravnotežiti zahteve glede učinkovitosti in stroškovne omejitve.
Ker znanost o materialih napreduje in se proizvodne tehnike izboljšujejo, bo halkogenidno steklo verjetno igralo čedalje pomembnejšo vlogo v optiki za termično slikanje, zlasti pri stroškovno občutljivih aplikacijah in aplikacijah velike količine.