Infrasarkano staru un radaru{0}}saderīgo slepeno materiālu izpēte, kuras pamatā ir metamateriāli

Mūsdienu informatīvais karš lielā mērā balstās uz izlūkošanas tehnoloģijām, padarot kaujas lauka pārredzamību par galveno izaicinājumu. Infrasarkanā (IR) un radara noteikšana tiek plaši izmantota, veicinot pētījumus par materiāliem, kas vienlaikus ir slepeni gan infrasarkanajā, gan radara jomā. Salīdzinot ar tradicionālajiem slepenajiem materiāliem, uz metamateriālu -balstīta IR un radaru- saderīgiem materiāliem ir ievērojami labāka veiktspēja.

Infrasarkanā slēpšanās mērķis ir samazināt objekta noteikšanu ar IR sensoriem, samazinot tā virsmas temperatūru un izstarojošo spēju. Augstas -izmešu iekārtas vai personāls kontrastē ar apkārtējo vidi, tāpēc virsmas temperatūras un materiāla izstarojuma kontrole ir būtiska.

Radara slepenā funkcija ir vērsta uz radara šķērsgriezuma{0}}(RCS) samazināšanu — mēra, cik daudz elektromagnētiskās enerģijas mērķis atstaro radaru. RCS var samazināt, veidojot objektu tā, lai tas izkliedētu radara viļņus, vai izmantojot radaru -absorbējošus materiālus (RAM).

Materiālu izveide, kas ir slēpti gan infrasarkanajā, gan radarā, ir sarežģīti, jo šīs prasības ir pretrunā: IR slepenībai ir nepieciešama zema absorbcija/emisija, savukārt radara slepenībai ir nepieciešama augsta absorbcija. Pētnieki izmanto divas galvenās stratēģijas:

Viena{0}}materiāla risinājumi, kas apvieno zemu infrasarkano staru emisiju ar augstu radara absorbciju.

Kompozītmateriāli, kas atdala IR{0}} un radara-slēptos materiālus, vienlaikus saglabājot to attiecīgās īpašības.

Tradicionālās pieejas vienam{0}}materiālam ietver vadošus polimērus, nanomateriālus un leģētus oksīdu pusvadītājus. Tomēr metamateriāli piedāvā jaunu paradigmu.

Metamateriāli ir inženierijas materiāli, kas sastāv no apakšviļņa garuma vienību struktūrām. To īpašības ir atkarīgas no struktūras, nevis ķīmiskā sastāva, kas ļauj neparasti kontrolēt elektromagnētiskos viļņus. Galvenie veidi ietver:

Elektromagnētiskie metamateriāli: Ļauj pielāgot viļņa fāzi, amplitūdu un polarizāciju.

Fotoniskie kristāli: Periodiskas dielektriskas struktūras, kas rada fotoniskas joslas spraugas, kas ir noderīgas IS slepenībai.

Absorbē metamateriālus: kompozītmateriālu struktūras, kas nodrošina gandrīz{0}}perfektu absorbciju, izmantojot pretestības saskaņošanu un elektromagnētisko rezonansi, nodrošinot radara slepenību ar minimālu biezumu un svaru.

Kodēti metamateriāli: izmantojiet digitālās konstrukcijas principus, lai kontrolētu atstarošanas fāzi, nodrošinot precīzu elektromagnētisko manipulāciju.

(a) MPK parauga šķērsgriezuma{0}}MPK attēls; (b) Stikla MPK un stikla substrāta caurlaidības salīdzināšanas līknes 2–18 GHz; (c) Leģēta viendimensijas fotoniskā kristāla mikrostruktūra.

Fotoniskā kristāla{0}}materiāli
Fotoniskie kristāli sastāv no periodiskiem dielektriskiem materiāliem, kas var bloķēt vai pārraidīt noteiktus elektromagnētisko viļņu garumus. Pielāgojot joslas atstarpi IS spektram, šīs struktūras nomāc IR emisiju. Fotonisko kristālu apvienošana ar radara{2}}caurspīdīgajiem slāņiem nodrošina vienlaicīgu IR un radara slepenību. Ir demonstrētas daudzslāņu plēves, elastīgi apmetņi un kombinēti plazmas-fotoniskie dizaini, un to pielietojums attiecas arī uz multispektrālu slepenu izmantošanu, tostarp redzamajiem un lāzera diapazoniem.

Absorbējošie metamateriāli
Absorbējošie metamateriāli nodrošina gandrīz{0}}kopējo radara absorbciju. Slāņaini dizaini ar selektīvu IR starojuma vadību nodrošina IR slepenību, vienlaikus saglabājot radara absorbciju. Kā piemērus var minēt hierarhiskas metamateriālu struktūras (HMM) un uz ūdens balstītus noskaņojamus materiālus, kas nodrošina regulējamu infrasarkano staru izstarošanos, kas liecina par platjoslas slepenības iespējām.

Kodēti metamateriāli
Kodēti metamateriāli samazina RCS, izmantojot inženierijas fāzes atcelšanu. Dizaini, kuros ir integrēti nejauši metāliski režģi un kodētas virsmas, nodrošina elastīgu mikroviļņu vadību, vienlaikus saglabājot augstu IR caurspīdīgumu. Uzlabotās struktūras apvieno IR-aizsardzības slāņus ar mikroviļņu-absorbējošiem slāņiem, lai nodrošinātu dubultās slepenības iespējas.

Uz metamateriāliem balstīti -IR un radaru-saderīgi slepenie materiāli attīstās uz:

Uzlabota dubultā slepenā veiktspēja, izmantojot selektīvo IR starojumu un plašākas radara absorbcijas joslas.

Saderība ar papildu spektrālajiem diapazoniem, ieskaitot redzamo gaismu un lāzerus.

Integrētas konstrukcijas, lai samazinātu konstrukcijas sarežģītību.

Izaicinājumi joprojām pastāv saistībā ar materiālu stabilitāti, ražošanas izmaksām un ražošanas procesiem. Pašreizējās metodes, piemēram, litogrāfija, kodināšana, 3D druka un sietspiede, ir dārgas un sarežģītas. Augstas-precizitātes, zemu-izmaksu un izturīgu metamateriālu izstrāde ir ļoti svarīga praktiskai izvietošanai.

Dinamiski, spektra{0}}noskaņojami slepenie materiāli ir nākotnes virziens, kas nodrošina reāllaika pielāgošanos-AI-vadītām noteikšanas sistēmām. Fāzes-materiālu maiņa un elektro-optiskās ierīces piedāvā iespējas vairāku-spektrālu, noskaņojamu slepenu lietojumu izmantošanai.

(a) karstumizturīgas{0}metāla virsmas shematiska diagramma; (b) sagatavotā parauga augstas temperatūras RCS samazināšanas mērījumu rezultāti; c) metavirsmas infrasarkanās emisijas raksturlielumi istabas temperatūrā.

Uz metamateriālu -balstīta IR un radaru-saderīgi slepenie materiāli pārspēj tradicionālos materiālus divjoslu veiktspējas un dizaina elastības ziņā. Tomēr problēmas saistībā ar stabilitāti, izmaksām un izgatavošanu ierobežo pielietojumu-reālajā pasaulē. Turpmākajos pētījumos galvenā uzmanība tiks pievērsta dinamiskiem, spektra-skaņojamiem dizainiem, lai risinātu progresīvas noteikšanas tehnoloģijas un paplašinātu praktisku pielietojumu.

Avoti: Materials Reports, MEMS, Mechanical Engineering Materials
(Daļa satura iegūta tiešsaistē; lūdzu, sazinieties ar mums, lai saņemtu noņemšanas pieprasījumus, ja tādi ir.)