Napredak istraživanja infracrvenih i radar-stelt materijala koji se temelje na metamaterijalima

Suvremeno informacijsko ratovanje uvelike se oslanja na izviđačke tehnologije, zbog čega je transparentnost bojnog polja ključni izazov. Infracrveno (IR) i radarsko otkrivanje naširoko se koriste, potičući istraživanje materijala koji su istovremeno nevidljivi iu infracrvenom iu radarskom području. U usporedbi s tradicionalnim stealth materijalima, materijali kompatibilni s-infracrvenim-materijalima i radarom pokazuju značajno superiorne performanse.

Infracrveni stealth ima za cilj smanjiti detektabilnost objekta IC senzorima minimiziranjem temperature i emisivnosti njegove površine. Visoko{1}}emisiona oprema ili osoblje u velikom su kontrastu s okolinom, pa je kontrola površinske temperature i emisivnosti materijala ključna.

Radar Stealth fokusira se na smanjenje radarskog-presjeka (RCS), mjere koliko elektromagnetske energije cilj reflektira natrag na radar. RCS se može minimizirati oblikovanjem objekta da raspršuje radarske valove ili upotrebom radar{2}}apsorbirajućih materijala (RAM).

Stvaranje materijala koji su nevidljivi iu IR iu radaru izazovno je jer su ovi zahtjevi u sukobu: IR stealth zahtijeva nisku apsorpciju/emisiju, dok radar stealth zahtijeva visoku apsorpciju. Istraživači koriste dvije glavne strategije:

Jedno-materijalna rješenja koja kombiniraju nisku IR emisiju s visokom radarskom apsorpcijom.

Kompozitna rješenja koja slojevito odvajaju IR- i radar-stealth materijale zadržavajući njihova svojstva.

Tradicionalni-pristupi s jednim materijalom uključuju vodljive polimere, nanomaterijale i dopirane oksidne poluvodiče. Međutim, metamaterijali nude novu paradigmu.

Metamaterijali su projektirani materijali sastavljeni od jediničnih struktura podvalne duljine. Njihova svojstva ovise o strukturi, a ne o kemijskom sastavu, što omogućuje izvanrednu kontrolu nad elektromagnetskim valovima. Ključne vrste uključuju:

Elektromagnetski metamaterijali: Omogućuje prilagođenu kontrolu nad fazom vala, amplitudom i polarizacijom.

Fotonski kristali: Periodične dielektrične strukture koje stvaraju fotonske razmake, korisne za IR stealth.

Apsorpcijski metamaterijali: Kompozitne strukture koje postižu gotovo-savršenu apsorpciju kroz usklađivanje impedancije i elektromagnetsku rezonanciju, nudeći radarsku skrivenost uz minimalnu debljinu i težinu.

Kodirani metamaterijali: Koristite načela digitalnog dizajna za kontrolu faze refleksije, omogućujući preciznu elektromagnetsku manipulaciju.

(a) SEM slika poprečnog-presjeka CPC uzorka; (b) Krivulje usporedbe transmitancije CPC-na bazi stakla i staklene podloge na 2–18 GHz; (c) Mikrostruktura dopiranog jedno-dimenzionalnog fotonskog kristala.

Materijali na bazi-fotonskih kristala
Fotonski kristali sastoje se od periodičnih dielektričnih materijala koji mogu blokirati ili prenositi specifične elektromagnetske valne duljine. Ugađanjem razmaka pojasa prema IR spektru, ove strukture potiskuju IC emisiju. Kombinacija fotonskih kristala s radar-transparentnim slojevima omogućuje istodobnu IC i radarsku nevidljivost. Više{4}}slojni filmovi, fleksibilni plaštevi i kombinirani plazma-fotonski dizajni su demonstrirani, s primjenama koje se proširuju na multispektralni stealth, uključujući vidljive i laserske domete.

Apsorbiranje metamaterijala
Apsorbirajući metamaterijali postižu gotovo-potpunu radarsku apsorpciju. Slojeviti dizajni sa selektivnom kontrolom IR zračenja omogućuju IR stealth uz zadržavanje radarske apsorpcije. Primjeri uključuju hijerarhijske metamaterijalne strukture (HMM) i podesive materijale-na bazi vode koji omogućuju podesivu IC emisivnost, što obećava širokopojasnu nevidljivost.

Kodirani metamaterijali
Kodirani metamaterijali smanjuju RCS kroz projektirano otkazivanje faze. Dizajni koji integriraju nasumične metalne rešetke i kodirane površine omogućuju fleksibilnu kontrolu mikrovalova uz održavanje visoke IC transparentnosti. Napredne strukture kombiniraju IC-zaštitne slojeve sa slojevima-apsorpcije mikrovalova za dual stealth mogućnosti.

Nevidljivi-materijali-zasnovani na metamaterijalu i radaru-kompatibilni su u smjeru:

Poboljšane dual stealth performanse putem selektivnog IR zračenja i širih pojaseva radarske apsorpcije.

Kompatibilnost s dodatnim spektralnim rasponima, uključujući vidljivo svjetlo i lasere.

Integrirani dizajni za smanjenje strukturne složenosti.

Ostaju izazovi u stabilnosti materijala, troškovima proizvodnje i proizvodnim procesima. Trenutne tehnike, kao što su litografija, jetkanje, 3D ispis i sitotisak, skupe su i složene. Razvoj visoko{3}}preciznih,-cijenovnih i izdržljivih metamaterijala ključan je za praktičnu primjenu.

Dinamični stealth materijali s-podesivim spektrom smjer su budućnosti koji omogućuju-prilagodljivost u stvarnom-vremenu protiv sustava detekcije-pokrenutih umjetnom inteligencijom. Materijali s-faznom promjenom i elektro-optički uređaji nude mogućnosti za multi-spektralne, prilagodljive nevidljive aplikacije.

(a) Shematski dijagram metalne metapovršine otporne na toplinu-; (b) Rezultati mjerenja smanjenja RCS visoke-temperature pripremljenog uzorka; (c) Karakteristike infracrvene emisije metapovršine na sobnoj temperaturi.

Nevidljivi-materijali koji se temelje na metamaterijalima i-kompatibilni s IR i radarom nadmašuju tradicionalne materijale u dvo-pojasnoj izvedbi i fleksibilnosti dizajna. Međutim, izazovi u pogledu stabilnosti, cijene i izrade ograničavaju primjenu-u stvarnom svijetu. Buduća istraživanja usredotočit će se na dinamičke, spektralno-podesive dizajne za rješavanje naprednih tehnologija detekcije i širenje praktičnih primjena.

Izvori: Izvješća o materijalima, MEMS, materijali za strojarstvo
(Neki sadržaji potječu s interneta; kontaktirajte nas za zahtjeve za uklanjanje ako je primjenjivo.)