ความคืบหน้าการวิจัยเกี่ยวกับอินฟราเรดและเรดาร์-วัสดุล่องหนที่เข้ากันได้โดยอิงจากวัสดุเมตา

สงครามข้อมูลสมัยใหม่ต้องอาศัยเทคโนโลยีการลาดตระเวนเป็นอย่างมาก ทำให้ความโปร่งใสในสนามรบถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ การตรวจจับด้วยอินฟราเรด (IR) และเรดาร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยขับเคลื่อนการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุที่มีการซ่อนตัวไปพร้อมๆ กันทั้งในโดเมนอินฟราเรดและเรดาร์ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุล่องหนแบบดั้งเดิม วัสดุที่เข้ากันได้กับ-IR และเรดาร์ที่ใช้ metamaterial- จะแสดงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าอย่างเห็นได้ชัด

การซ่อนตัวด้วยอินฟราเรดมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดการตรวจจับวัตถุด้วยเซนเซอร์ IR โดยการลดอุณหภูมิและการแผ่รังสีของพื้นผิวให้เหลือน้อยที่สุด อุปกรณ์หรือบุคลากรที่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกสูง-มีความแตกต่างอย่างมากกับสภาพแวดล้อม ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวและการแผ่รังสีของวัสดุจึงเป็นสิ่งสำคัญ

การซ่อนตัวของเรดาร์มุ่งเน้นไปที่การลดส่วนตัดขวางของเรดาร์- (RCS) ซึ่งเป็นการวัดปริมาณพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป้าหมายสะท้อนกลับไปยังเรดาร์ RCS สามารถย่อให้เล็กสุดได้โดยการปรับรูปร่างวัตถุเพื่อกระจายคลื่นเรดาร์ หรือใช้เรดาร์-วัสดุดูดซับ (RAM)

การสร้างวัสดุที่ซ่อนเร้นทั้งใน IR และเรดาร์เป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากข้อกำหนดเหล่านี้ขัดแย้งกัน: การซ่อนตัวของ IR ต้องการการดูดซับ/การปล่อยต่ำ ในขณะที่การซ่อนตัวของเรดาร์ต้องการการดูดซับสูง นักวิจัยใช้สองกลยุทธ์หลัก:

โซลูชันวัสดุเดี่ยว-ที่รวมการปล่อย IR ต่ำเข้ากับการดูดซับเรดาร์สูง

โซลูชันแบบผสมที่แยกชั้นวัสดุ IR- และเรดาร์- ออกจากกัน โดยที่ยังคงคุณสมบัติตามลำดับไว้

วิธีการใช้วัสดุเดี่ยว-แบบดั้งเดิมประกอบด้วยโพลีเมอร์นำไฟฟ้า วัสดุนาโน และเซมิคอนดักเตอร์เจือออกไซด์ อย่างไรก็ตาม วัสดุเมตาเสนอกระบวนทัศน์ใหม่

วัสดุเมตาเป็นวัสดุวิศวกรรมที่ประกอบด้วยโครงสร้างหน่วยความยาวคลื่นย่อย คุณสมบัติขึ้นอยู่กับโครงสร้าง ไม่ใช่องค์ประกอบทางเคมี ทำให้สามารถควบคุมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เป็นพิเศษ ประเภทที่สำคัญ ได้แก่ :

วัสดุเมตาแม่เหล็กไฟฟ้า: ช่วยให้สามารถควบคุมเฟสคลื่น แอมพลิจูด และโพลาไรซ์ได้อย่างเหมาะสม

คริสตัลโทนิค: โครงสร้างไดอิเล็กตริกเป็นระยะที่สร้างช่องว่างโฟโตนิก ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการซ่อนตัวของ IR

การดูดซับวัสดุเมตา: โครงสร้างคอมโพสิตที่ให้การดูดกลืนแสงที่ใกล้เคียง-สมบูรณ์แบบผ่านการจับคู่อิมพีแดนซ์และการสั่นพ้องทางแม่เหล็กไฟฟ้า ช่วยให้เรดาร์ซ่อนตัวโดยมีความหนาและน้ำหนักน้อยที่สุด

วัสดุ metamaterial ที่เข้ารหัส: ใช้หลักการออกแบบดิจิทัลเพื่อควบคุมเฟสการสะท้อน ทำให้สามารถจัดการแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ

(a) รูปภาพ SEM ของภาพตัดขวาง-ของตัวอย่าง CPC (b) กราฟเปรียบเทียบการส่งผ่านของ CPC อิงแก้ว-และซับสเตรตแก้วที่ 2–18 GHz (c) โครงสร้างจุลภาคของผลึกโฟโตนิกหนึ่งมิติที่โดปแล้ว

โฟโตนิกคริสตัล-วัสดุพื้นฐาน
ผลึกโฟโตนิกประกอบด้วยวัสดุอิเล็กทริกเป็นระยะซึ่งสามารถป้องกันหรือส่งความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจำเพาะได้ ด้วยการปรับ bandgap ให้เป็นสเปกตรัม IR โครงสร้างเหล่านี้จะระงับการปล่อย IR การรวมคริสตัลโฟโตนิกเข้ากับเลเยอร์โปร่งใสของเรดาร์-ทำให้สามารถซ่อน IR และเรดาร์ได้พร้อมกัน มีการสาธิต-ฟิล์มหลายชั้น เสื้อคลุมที่ยืดหยุ่น และการออกแบบโฟโตนิกแบบพลาสมา-แบบผสมผสาน โดยการใช้งานขยายไปสู่การซ่อนตัวแบบหลายสเปกตรัม รวมถึงช่วงที่มองเห็นได้และช่วงเลเซอร์

การดูดซับ Metamaterials
การดูดซับวัสดุเมตาทำให้มีการดูดซับเรดาร์ได้เกือบ-ทั้งหมด การออกแบบแบบหลายชั้นพร้อมการควบคุมการแผ่รังสีอินฟราเรดแบบเลือกได้ช่วยให้อินฟราเรดซ่อนตัวได้ในขณะที่ยังคงการดูดกลืนเรดาร์ ตัวอย่างได้แก่ โครงสร้าง metamaterial แบบลำดับชั้น (HMM) และวัสดุที่ปรับค่าได้โดยใช้น้ำ- ซึ่งช่วยให้สามารถปรับการแผ่รังสี IR ได้ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของการลักลอบบรอดแบนด์

Metamaterial ที่เข้ารหัส
วัสดุ metamaterial ที่เข้ารหัสจะลด RCS ผ่านการยกเลิกเฟสที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม การออกแบบที่รวมกริดโลหะแบบสุ่มและพื้นผิวที่เข้ารหัสช่วยให้สามารถควบคุมไมโครเวฟได้อย่างยืดหยุ่น ในขณะที่ยังคงความโปร่งใสของ IR ในระดับสูง โครงสร้างขั้นสูงรวมชั้นป้องกัน IR- เข้ากับชั้นดูดซับไมโครเวฟ-สำหรับความสามารถในการซ่อนตัวแบบคู่

วัสดุล่องหนที่เข้ากันได้-IR และเรดาร์ที่ใช้ Metamaterial- กำลังพัฒนาไปสู่:

ปรับปรุงประสิทธิภาพการซ่อนตัวแบบคู่ผ่านรังสีอินฟราเรดแบบเลือกสรรและแถบการดูดกลืนเรดาร์ที่กว้างขึ้น

ความเข้ากันได้กับช่วงสเปกตรัมเพิ่มเติม รวมถึงแสงที่มองเห็นและเลเซอร์

การออกแบบแบบบูรณาการเพื่อลดความซับซ้อนของโครงสร้าง

ความท้าทายยังคงมีอยู่ที่เสถียรภาพของวัสดุ ต้นทุนการผลิต และกระบวนการผลิต เทคนิคในปัจจุบัน เช่น การพิมพ์หิน การแกะสลัก การพิมพ์ 3 มิติ และการพิมพ์สกรีน มีค่าใช้จ่ายสูงและซับซ้อน การพัฒนาวัสดุเมตาที่มีความแม่นยำสูง ต้นทุนต่ำ- และทนทานถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการนำไปใช้งานจริง

วัสดุซ่อนตัวแบบสเปกตรัม-แบบไดนามิกเป็นทิศทางในอนาคต ช่วยให้สามารถ-ปรับตัวตามเวลาจริงกับระบบการตรวจจับที่ขับเคลื่อนด้วย AI- เฟส-เปลี่ยนวัสดุและอุปกรณ์ออพติคอล-ไฟฟ้านำเสนอโอกาสในการ-แอปพลิเคชันล่องหนที่ปรับแต่งได้หลายสเปกตรัม

(ก) แผนผังของพื้นผิวโลหะที่ทนความร้อน- (b) ผลการวัดการลด RCS อุณหภูมิสูง-สูงของตัวอย่างที่เตรียมไว้ (c) ลักษณะการแผ่รังสีอินฟราเรดของเมตาเซอร์เฟสที่อุณหภูมิห้อง

วัสดุซ่อนเร้นที่เข้ากันได้-ตาม IR และเรดาร์-ของ Metamaterial มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวัสดุแบบดั้งเดิมในด้านประสิทธิภาพ- แบนด์คู่และความยืดหยุ่นในการออกแบบ อย่างไรก็ตาม ความท้าทายในด้านเสถียรภาพ ต้นทุน และการผลิตจำกัด-การใช้งานจริง การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบ-สเปกตรัมแบบไดนามิกที่ปรับเปลี่ยนได้เพื่อรองรับเทคโนโลยีการตรวจจับขั้นสูงและขยายการใช้งานจริง

แหล่งที่มา: รายงานวัสดุ, MEMS, วัสดุวิศวกรรมเครื่องกล
(เนื้อหาบางส่วนมาจากออนไลน์ โปรดติดต่อเราเพื่อขอลบออก หากมี)