پیشرفت تحقیقات در مورد مادون قرمز و رادار-مواد مخفی سازگار بر اساس فرامواد

جنگ اطلاعاتی مدرن به شدت بر فناوری های شناسایی متکی است و شفافیت میدان نبرد را به یک چالش کلیدی تبدیل می کند. تشخیص مادون قرمز (IR) و رادار به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند و تحقیقات را به سمت موادی هدایت می‌کنند که به طور همزمان در حوزه مادون قرمز و راداری مخفی هستند. در مقایسه با مواد رادارگریز سنتی، مواد سازگار مبتنی بر فرامواد-مادون قرمز و رادار-به طور قابل توجهی عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند.

هدف پنهان مادون قرمز کاهش قابلیت تشخیص یک شی توسط حسگرهای IR با به حداقل رساندن دما و انتشار سطح آن است. تجهیزات یا پرسنل با انتشار بالا به شدت با محیط خود تضاد دارند، بنابراین کنترل دمای سطح و انتشار مواد ضروری است.

مخفی کاری رادار بر کاهش سطح مقطع رادار-(RCS) تمرکز می‌کند، اندازه‌گیری مقدار انرژی الکترومغناطیسی که یک هدف به رادار منعکس می‌کند. RCS را می توان با شکل دادن به جسم برای پراکنده کردن امواج رادار یا با استفاده از مواد جذب کننده رادار (RAM) به حداقل رساند.

ایجاد موادی که هم در مادون قرمز و هم در رادار مخفی هستند چالش برانگیز است زیرا این الزامات با هم تضاد دارند: پنهانکاری IR به جذب/انتشار کم نیاز دارد، در حالی که مخفی کاری رادار به جذب بالا نیاز دارد. محققان از دو استراتژی اصلی استفاده می کنند:

راه حل های منفرد{0}}ماده ای که انتشار مادون قرمز کم را با جذب راداری بالا ترکیب می کند.

راه‌حل‌های ترکیبی که لایه‌ای از مواد پنهان مادون قرمز- و رادار-را جدا می‌کنند در حالی که خواص مربوطه خود را حفظ می‌کنند.

روش‌های سنتی یک ماده-شامل پلیمرهای رسانا، نانومواد، و نیمه‌رساناهای اکسید دوپینگ می‌باشند. با این حال، فرامواد یک پارادایم جدید ارائه می دهد.

فرامواد مواد مهندسی شده ای هستند که از ساختارهای واحد طول موج فرعی تشکیل شده اند. خواص آنها به ساختار بستگی دارد، نه ترکیب شیمیایی، کنترل فوق العاده ای را بر امواج الکترومغناطیسی امکان پذیر می کند. انواع کلیدی عبارتند از:

فرامواد الکترومغناطیسی: امکان کنترل مناسب روی فاز موج، دامنه و پلاریزاسیون را فراهم کنید.

بلورهای فوتونیک: ساختارهای دی الکتریک دوره ای که باندهای فوتونیک ایجاد می کنند، مفید برای پنهان کاری IR.

جذب فرامواد: ساختارهای کامپوزیتی که از طریق تطبیق امپدانس و تشدید الکترومغناطیسی تقریباً-جذب کامل را به دست می‌آورند و مخفی کاری راداری را با حداقل ضخامت و وزن ارائه می‌دهند.

فرامواد کدگذاری شده: استفاده از اصول طراحی دیجیتال برای کنترل فاز انعکاس، امکان دستکاری دقیق الکترومغناطیسی.

(الف) تصویر SEM از مقطع{0}}نمونه CPC؛ (ب) منحنی‌های مقایسه انتقال CPC مبتنی بر شیشه- و بستر شیشه‌ای در فرکانس ۲ تا ۱۸ گیگاهرتز. (ج) ریزساختار کریستال فوتونی-یک بعدی دوپ شده.

مواد مبتنی بر کریستال فوتونیک{0}
بلورهای فوتونیک از مواد دی الکتریک دوره ای تشکیل شده اند که می توانند طول موج های الکترومغناطیسی خاصی را مسدود یا منتقل کنند. با تنظیم شکاف باند به طیف IR، این ساختارها انتشار IR را سرکوب می کنند. ترکیب کریستال‌های فوتونی با لایه‌های شفاف رادار{2}}به طور همزمان امکان پنهان‌کاری IR و رادار را فراهم می‌کند. فیلم‌های چند لایه، روپوش‌های انعطاف‌پذیر، و طرح‌های ترکیبی پلاسما- فوتونیک، با کاربردهایی که به مخفی کاری چند طیفی، از جمله محدوده‌های مرئی و لیزری گسترش می‌یابند، نشان داده شده‌اند.

جذب فرامواد
فرامواد جذبی تقریباً{0}}جذب راداری کل را به دست می آورند. طرح های لایه ای با کنترل انتخابی تابش IR امکان پنهانکاری IR را در عین حفظ جذب رادار فراهم می کند. به عنوان مثال می توان به ساختارهای فراماده سلسله مراتبی (HMM) و مواد قابل تنظیم مبتنی بر آب- اشاره کرد که تابش مادون قرمز قابل تنظیم را فعال می کند، که نویدبخش پنهان کاری باند پهن است.

فرامواد کد شده
فرامواد کدگذاری شده RCS را از طریق لغو فاز مهندسی شده کاهش می دهند. طرح‌هایی که شبکه‌های فلزی تصادفی و سطوح رمزگذاری شده را ادغام می‌کنند، کنترل انعطاف‌پذیر امواج مایکروویو را در عین حفظ شفافیت IR بالا امکان‌پذیر می‌سازند. ساختارهای پیشرفته لایه‌های محافظ IR را با لایه‌های جذب مایکروویو{3}}برای قابلیت‌های مخفی دوگانه ترکیب می‌کنند.

مواد مخفی سازگار مبتنی بر فرامواد-IR و رادار-به سمت زیر در حال تکامل هستند:

بهبود عملکرد مخفی دوگانه از طریق تابش IR انتخابی و باندهای جذب رادار گسترده تر.

سازگاری با محدوده های طیفی اضافی، از جمله نور مرئی و لیزر.

طرح های یکپارچه برای کاهش پیچیدگی سازه.

چالش ها در پایداری مواد، هزینه ساخت و فرآیندهای ساخت باقی می مانند. تکنیک‌های کنونی مانند لیتوگرافی، اچینگ، پرینت سه بعدی و چاپ صفحه پرهزینه و پیچیده هستند. توسعه متامواد با دقت بالا، کم هزینه-و بادوام برای استقرار عملی بسیار مهم است.

مواد مخفی پویا و قابل تنظیم طیفی یک جهت آینده هستند که سازگاری{1}زمان واقعی در برابر سیستم‌های تشخیص مبتنی بر هوش مصنوعی-را ممکن می‌سازد. مواد{4}}تغییر فاز و دستگاه‌های نوری{5}}الکترونیکی فرصت‌هایی را برای برنامه‌های مخفی کاری چند-طیفی و قابل تنظیم ارائه می‌دهند.

(الف) نمودار شماتیک متاسطح فلزی مقاوم در برابر حرارت-. (ب) نتایج اندازه گیری کاهش RCS در دمای بالا نمونه آماده شده؛ (ج) ویژگی های انتشار مادون قرمز از متاسطح در دمای اتاق.

مواد مخفی سازگار مبتنی بر فراماده{0}}مادون قرمز و رادار-از مواد سنتی در عملکرد دو باند{2}}و انعطاف‌پذیری طراحی بهتر عمل می‌کنند. با این حال، چالش‌ها در پایداری، هزینه و ساخت، کاربردهای واقعی را محدود می‌کنند. تحقیقات آتی بر روی طرح‌های پویا و قابل تنظیم طیف{6} تمرکز خواهد کرد تا به فناوری‌های تشخیص پیشرفته و گسترش کاربردهای عملی بپردازد.

منابع: گزارشات مواد، MEMS، مواد مهندسی مکانیک
(برخی از محتواها به صورت آنلاین تهیه شده اند؛ لطفاً در صورت لزوم برای درخواست حذف با ما تماس بگیرید.)