Germaniumkrisen 2024
Värmebildsindustrin har påverkats avsevärt av en aldrig tidigare skådad germaniumprisinflation under 2024. Flera faktorer har bidragit till denna situation:
Prisstegring:
- Germaniumpriserna har mer än fördubblats jämfört med 2023;
- Vissa kvaliteter av optiskt germanium har sett prisökningar på upp till 200-300 %
- Långfokuserade objektivkostnader har eskalerat ännu mer dramatiskt på grund av större materialvolymkrav
Marknadsdrivkrafter:
- Geopolitiska spänningar som påverkar leveranskedjor
- Ökad efterfrågan från halvledar- och fiberoptikindustrin
- Begränsade globala produktionskällor
- Strategisk materialuppsamling av stora nationer
Inverkan på värmebildsindustrin:
- Betydande kostnadsökningar för optiska LWIR-system - eftersom det i det okylda optiska LWIR-systemet ofta använder F1.0 eller mindre optiskt system, på grund av det naturliga okylda systemet NETD- och MRTD-krav. Medan i MWIR, där kylsystemet är mer dominerande, används vanligtvis F4.0 eller större linser för att få en mer kompakt, och därmed mindre germaniumkostnad.
- Förlängda ledtider för germaniumbaserad optik
- Ett växande intresse för alternativa material och design
- Tryck för att optimera optiska konstruktioner för minimal germaniumanvändning
- Denna marknadssituation har intensifierat intresset för kalkogenidglas som ett alternativt optiskt material, särskilt för kostnadskänsliga applikationer.
Därför har under halvan av detta år dykt upp igen ämnetErsättning av Germanium med Chalcogenide Glass
Vad ärKalkogenidglas? Kalkogenidglas är föreningar som innehåller ett eller flera kalkogenelement (svavel, selen eller tellur) i kombination med element som germanium, arsenik eller antimon. Dessa glasögon uppvisar god överföring i det infraröda spektrumet, särskilt i området 8-14 μm som används vid värmeavbildning.
Jämförelse av Chalcogenide Glass och Germanium
| Egendom/Aspekter | Kalkogenidglas | Germanium |
| Brytningsindex | 2.4-2.7 | 4 |
| Överföringsräckvidd | 8-14 μm (varierar beroende på sammansättning) | 2-14 μm |
| Materialkostnad (2024) | Lägre och stabil | High and volatile (>2x ökning 2024) |
| Tillverkningsmetod | Kan formas, lättare bearbetning | Kräver precisionsslipning och polering |
| Densitet | Lägre | Högre |
| Termisk känslighet | Mindre temperaturberoende | Mer temperaturberoende |
| Designkomplexitet | Kräver fler element | Färre element behövs |
| Storlek på optik | Större element behövs | Mer kompakt design möjlig |
| Miljöstabilitet | Kan behöva skyddande beläggning | Mycket stabil |
| Mekanisk styrka | Bättre stöttålighet | Mer spröd |
| Produktionsvolym | Lämplig för hög volym | Begränsad av materialtillgänglighet |
| Ansökningar |
-Konsumentapparater -Kort/mellan-distans system -Kostnadskänsliga produkter |
- Avancerade system - (Ultra) Lång-/mellanområdesoptik - Militär/försvar |
| Kostnad per lins | Lägre materialkostnad men kan behöva fler element | Högre materialkostnad men färre element behövs |
Varför Chalcogenide inte helt kan ersätta Germanium:
- Optisk prestanda:
Det lägre brytningsindexet påKalkogenidglasinnebär att fler optiska ytor behövs, det kommer sannolikt också att öka ytorna leda till fler överföringsförluster och mer utmanande att uppnå kompakta konstruktioner
- Systemkrav:
Högpresterande system kräver ofta germaniums överlägsna egenskaper, medan långdistansapplikationer särskilt kräver germaniums optiska egenskaper, speciellt vissa våglängdsband kräver germaniums transmissionsegenskaper
- Avvägningar för optisk design:
Det är vanligtvis större och tyngre system när man bara använder (eller mer) kalkogenid, eller det kommer att öka komplexiteten i optisk design, samt kan orsaka högre totalkostnad i vissa applikationer trots lägre materialkostnad.
Chalcogenide glasögon i Athermalized Lens Design
Chalcogenid-glasögon spelar en avgörande roll i atermaliserade linsdesigner för värmeavbildningssystem på grund av flera nyckelegenskaper:
- Termiska egenskaper:
Kalkogenidglas har signifikant olika värmekoefficienter jämfört med germanium, det betyder att deras dn/dT (förändring i brytningsindex med temperatur) är typiskt motsatt den för germanium och den termiska expansionskoefficienten skiljer sig från germanium
- Athermaliseringsstrategi:
Genom att kombinera kalkogenidglaselement med germaniumelement kan designers skapa passiv atermalisering. De motsatta termiska egenskaperna hos dessa material kan eliminera temperaturinducerade fokusskiftningar. Därför eliminerar eller minskar detta behovet av aktiva fokusjusteringsmekanismer.
Detta gör kalkogenidglasögon särskilt värdefulla för att skapa stabila, pålitliga värmeavbildningssystem som kan fungera över breda temperaturområden utan fokusjustering.
Slutsats:
Även om kalkogenidglas erbjuder övertygande fördelar när det gäller kostnad och tillverkningsbarhet, kan det inte helt ersätta germanium i värmeavbildningstillämpningar. Det optimala tillvägagångssättet involverar ofta att använda båda materialen strategiskt, balansera prestandakrav med kostnadsbegränsningar.
I takt med att materialvetenskapen går framåt och tillverkningsteknikerna förbättras kommer kalkogenidglas sannolikt att spela en allt viktigare roll i termisk bildoptik, särskilt i kostnadskänsliga och stora applikationer.