Германієва криза 2024 року
Безпрецедентне зростання цін на германій у 2024 році суттєво вплинуло на індустрію тепловізійної техніки. На цю ситуацію вплинуло кілька факторів:
Стрибок ціни:
- Ціни на германій зросли більш ніж удвічі порівняно з 2023 роком;
- Ціни на деякі сорти оптичного германію зросли на 200-300%
- Ціни на довгофокусні об’єктиви зросли ще різкіше через збільшення потреб у об’ємі матеріалів
Драйвери ринку:
- Геополітична напруженість, що впливає на ланцюги поставок
- Підвищений попит з боку напівпровідникової та волоконно-оптичної промисловості
- Обмежені глобальні джерела виробництва
- Накопичення стратегічних матеріалів великими державами
Вплив на індустрію тепловізорів:
- Значне збільшення вартості оптичних систем LWIR, оскільки в неохолоджуваній оптичній системі LWIR широко використовується F10 або менша оптична система, через вимоги природної неохолоджуваної системи NETD і MRTD. У той час як у MWIR, де більше переважає система охолодження, F40 або більша лінза зазвичай використовується для отримання більш компактного, отже, меншого впливу на вартість германію.
- Подовжений час виконання для оптики на основі германію
- Зростаючий інтерес до альтернативних матеріалів і дизайну
- Прагнення оптимізувати оптичні конструкції для мінімального використання германію
- Така ринкова ситуація посилила інтерес до халькогенідного скла як до альтернативного оптичного матеріалу, особливо для економічно чутливих застосувань.
Тому протягом півріччя цього року знову виникла темаЗаміщення германію халькогенідним склом
Що єХалькогенідне скло? Халькогенідні скла - це сполуки, що містять один або кілька халькогенових елементів (сірка, селен або телур) у поєднанні з такими елементами, як германій, миш'як або сурма. Ці окуляри демонструють хорошу пропускну здатність в інфрачервоному спектрі, зокрема в діапазоні 8-14 мкм, який використовується в тепловізорах.
Порівняння халькогенідного скла та германію
| Властивість/Аспекти | Халькогенідне скло | Германій |
| Показник заломлення | 2.4-2.7 | 4 |
| Дальність передачі | 8-14 мкм (залежить від складу) | 2-14 μm |
| Вартість матеріалу (2024) | Нижчий і стійкий | High and volatile (>2 рази більше у 2024 році) |
| Спосіб виготовлення | Можна формувати, легше обробляти | Вимагає точного шліфування та полірування |
| Щільність | Нижній | Вища |
| Теплова чутливість | Менше залежить від температури | Більше залежить від температури |
| Складність дизайну | Потрібно більше елементів | Потрібно менше елементів |
| Розмір оптики | Потрібні більші елементи | Можливі більш компактні конструкції |
| Екологічна стабільність | Може знадобитися захисне покриття | Висока стабільність |
| Механічна міцність | Краща стійкість до ударів | Більш крихкий |
| Обсяг виробництва | Підходить для великої гучності | Обмежується наявністю матеріалу |
| Додатки |
- Споживчі пристрої -Системи малої/середньої дальності - Чутливі до вартості продукти |
- Висококласні системи - (Ultra) Оптика дальнього/середнього діапазону - Військові/оборона |
| Вартість об'єктива | Менша вартість матеріалів, але може знадобитися більше елементів | Вища вартість матеріалів, але потрібно менше елементів |
Чому халькогенід не може повністю замінити германій:
- Оптична продуктивність:
Нижній показник заломленняХалькогенідне склоозначає, що потрібно більше оптичних поверхонь, збільшення поверхонь також, ймовірно, призведе до більших втрат при передачі та ускладнить створення компактних конструкцій
- Системні вимоги:
Високопродуктивні системи часто вимагають кращих властивостей германію, тоді як програми на великій відстані особливо потребують оптичних характеристик германію, особливо для деяких діапазонів довжин хвиль потрібні властивості пропускання германію
- Компроміси оптичного дизайну:
Зазвичай це більші та важчі системи, коли використовується лише (або більше) халькогенід, інакше це призведе до ускладнення оптичної конструкції, а також може спричинити вищу загальну вартість у деяких застосуваннях, незважаючи на нижчу вартість матеріалів.
Халькогенідні окуляри в атермалізованих лінзах
Халькогенідні скла відіграють вирішальну роль у конструкціях атермалізованих лінз для тепловізійних систем завдяки кільком ключовим характеристикам:
- Теплові властивості:
Халькогенідні скла мають суттєво інші теплові коефіцієнти порівняно з германієвими, це означає, що їх dn/dT (зміна показника заломлення з температурою) зазвичай протилежний германію, а коефіцієнт теплового розширення відрізняється від германію
- Стратегія атермалізації:
Поєднуючи елементи з халькогенідного скла з елементами з германію, дизайнери можуть створити пасивну атермалізацію. Протилежні теплові характеристики цих матеріалів можуть нейтралізувати зміщення фокусу, спричинене температурою. Таким чином, це усуває або зменшує потребу в механізмах активного налаштування фокусу.
Це робить халькогенідні скла особливо цінними для створення стабільних, надійних тепловізійних систем, які можуть працювати в широкому діапазоні температур без регулювання фокусу.
Висновок:
Хоча халькогенідне скло пропонує переконливі переваги з точки зору вартості та технологічності, воно не може повністю замінити германій у тепловізійних програмах. Оптимальний підхід часто передбачає стратегічне використання обох матеріалів, збалансовуючи вимоги щодо ефективності та обмеження вартості.
У міру прогресу матеріалознавства та вдосконалення технологій виробництва халькогенідне скло, ймовірно, відіграватиме все більш важливу роль у тепловізійній оптиці, особливо в економічно чутливих і великих обсягах застосувань.