Giới thiệu
Chiến tranh thông tin hiện đại phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ trinh sát, khiến tính minh bạch của chiến trường trở thành một thách thức chính. Phát hiện hồng ngoại (IR) và radar được sử dụng rộng rãi, thúc đẩy nghiên cứu các vật liệu có khả năng tàng hình đồng thời trong cả lĩnh vực hồng ngoại và radar. So với các vật liệu tàng hình truyền thống, các vật liệu tương thích với radar và hồng ngoại-dựa trên siêu vật liệu-cho thấy hiệu suất vượt trội đáng kể.
Nguyên tắc và phương pháp hồng ngoại và radar-Tàng hình tương thích
Tàng hình hồng ngoại nhằm mục đích giảm khả năng phát hiện vật thể bằng cảm biến hồng ngoại bằng cách giảm thiểu nhiệt độ và độ phát xạ của bề mặt vật thể. Thiết bị hoặc nhân viên có-phát thải cao tương phản mạnh với môi trường của họ, vì vậy việc kiểm soát nhiệt độ bề mặt và độ phát xạ của vật liệu là điều cần thiết.
Tính năng tàng hình của radar tập trung vào việc giảm tiết diện-mặt cắt ngang của radar (RCS), thước đo mức năng lượng điện từ mà mục tiêu phản xạ trở lại radar. Bạn có thể giảm thiểu RCS bằng cách định hình vật thể để phân tán sóng radar hoặc bằng cách sử dụng vật liệu hấp thụ-rađa (RAM).
Việc tạo ra các vật liệu có khả năng tàng hình trong cả IR và radar là một thách thức vì những yêu cầu này xung đột với nhau: Tàng hình IR yêu cầu khả năng hấp thụ/phát xạ thấp, trong khi khả năng tàng hình của radar cần khả năng hấp thụ cao. Các nhà nghiên cứu sử dụng hai chiến lược chính:
Các giải pháp vật liệu đơn lẻ-kết hợp mức phát xạ hồng ngoại thấp với khả năng hấp thụ radar cao.
Các giải pháp tổng hợp phân tách các vật liệu tàng hình IR{0}} và radar-trong khi vẫn giữ được các đặc tính tương ứng của chúng.
Các phương pháp tiếp cận vật liệu-truyền thống bao gồm polyme dẫn điện, vật liệu nano và chất bán dẫn oxit pha tạp. Tuy nhiên, siêu vật liệu đưa ra một mô hình mới.
Siêu vật liệu cho tia hồng ngoại và radar-Tàng hình tương thích
Siêu vật liệu là vật liệu được thiết kế bao gồm các cấu trúc đơn vị bước sóng dưới. Đặc tính của chúng phụ thuộc vào cấu trúc chứ không phải thành phần hóa học, cho phép kiểm soát đặc biệt sóng điện từ. Các loại khóa bao gồm:
Siêu vật liệu điện từ: Cho phép điều khiển phù hợp với pha sóng, biên độ và độ phân cực.
Tinh thể quang tử: Cấu trúc điện môi định kỳ tạo ra các dải quang tử, hữu ích cho việc tàng hình IR.
Hấp thụ siêu vật liệu: Cấu trúc hỗn hợp đạt được khả năng hấp thụ gần như{0}}hoàn hảo thông qua kết hợp trở kháng và cộng hưởng điện từ, mang lại khả năng tàng hình cho radar với độ dày và trọng lượng tối thiểu.
Siêu vật liệu được mã hóa: Sử dụng các nguyên tắc thiết kế kỹ thuật số để kiểm soát pha phản xạ, cho phép thao tác điện từ chính xác.
(a) Ảnh SEM của mặt cắt ngang{0}}của mẫu CPC; (b) Đường cong so sánh độ truyền qua của CPC-dựa trên thủy tinh và chất nền thủy tinh ở tần số 2–18 GHz; (c) Cấu trúc vi mô của tinh thể quang tử một chiều được pha tạp-.
Nghiên cứu và thiết kế gần đây
Vật liệu dựa trên tinh thể quang tử-
Tinh thể quang tử bao gồm các vật liệu điện môi định kỳ có thể chặn hoặc truyền các bước sóng điện từ cụ thể. Bằng cách điều chỉnh dải tần theo phổ IR, các cấu trúc này ngăn chặn sự phát xạ IR. Việc kết hợp các tinh thể quang tử với các lớp trong suốt-của radar cho phép tàng hình đồng thời IR và radar. Phim nhiều{4}}lớp, áo choàng linh hoạt và thiết kế quang tử-plasma kết hợp đã được chứng minh, với các ứng dụng mở rộng đến khả năng tàng hình đa quang phổ, bao gồm cả phạm vi nhìn thấy được và laser.
Hấp thụ siêu vật liệu
Siêu vật liệu hấp thụ đạt được-sự hấp thụ gần như toàn bộ của radar. Thiết kế phân lớp với khả năng kiểm soát bức xạ hồng ngoại chọn lọc cho phép IR tàng hình trong khi vẫn duy trì khả năng hấp thụ radar. Các ví dụ bao gồm cấu trúc siêu vật liệu phân cấp (HMM) và vật liệu có thể điều chỉnh dựa trên nước-cho phép khả năng phát xạ hồng ngoại có thể điều chỉnh, cho thấy hứa hẹn về khả năng tàng hình băng thông rộng.
Siêu vật liệu được mã hóa
Siêu vật liệu được mã hóa làm giảm RCS thông qua việc hủy pha được thiết kế. Thiết kế tích hợp lưới kim loại ngẫu nhiên và bề mặt được mã hóa cho phép điều khiển linh hoạt vi sóng trong khi vẫn duy trì độ trong suốt IR cao. Cấu trúc tiên tiến kết hợp các lớp che chắn IR{2}}với các lớp hấp thụ vi sóng-để mang lại khả năng tàng hình kép.
Xu hướng và định hướng tương lai
Các vật liệu tàng hình tương thích với radar và hồng ngoại-dựa trên siêu vật liệu-đang phát triển theo hướng:
Cải thiện hiệu suất tàng hình kép thông qua bức xạ hồng ngoại có chọn lọc và dải hấp thụ radar rộng hơn.
Khả năng tương thích với các dải quang phổ bổ sung, bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy và tia laser.
Thiết kế tích hợp để giảm độ phức tạp của cấu trúc.
Những thách thức vẫn còn ở sự ổn định của vật liệu, chi phí chế tạo và quy trình sản xuất. Các kỹ thuật hiện tại, chẳng hạn như in thạch bản, khắc, in 3D và in lụa, rất tốn kém và phức tạp. Việc phát triển các siêu vật liệu có độ bền-cao,-chi phí thấp và có độ bền cao là rất quan trọng để triển khai thực tế.
Các vật liệu tàng hình động,{0}}có thể điều chỉnh phổ tần là một hướng đi trong tương lai, cho phép khả năng thích ứng-thời gian thực trước các hệ thống phát hiện do AI điều khiển-. Vật liệu-thay đổi pha và các thiết bị quang-điện mang đến cơ hội cho các ứng dụng tàng hình có thể điều chỉnh,-đa quang phổ.
(a) Sơ đồ của siêu bề mặt kim loại-chịu nhiệt; (b) Kết quả đo mức giảm RCS ở nhiệt độ cao của mẫu đã chuẩn bị; (c) Đặc tính phát xạ hồng ngoại của metasurface ở nhiệt độ phòng.
Phần kết luận
Các vật liệu tàng hình tương thích với radar và IR{0}}dựa trên siêu vật liệu-vượt trội hơn các vật liệu truyền thống về hiệu suất-băng tần kép và tính linh hoạt trong thiết kế. Tuy nhiên, những thách thức về tính ổn định, chi phí và chế tạo đã hạn chế ứng dụng-trong thế giới thực. Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào các thiết kế động,{6}}có thể điều chỉnh phổ để giải quyết các công nghệ phát hiện tiên tiến và mở rộng các ứng dụng thực tế.
Nguồn: Báo cáo Vật liệu, MEMS, Vật liệu Cơ khí
(Một số nội dung có nguồn trực tuyến; vui lòng liên hệ với chúng tôi để yêu cầu xóa nếu có.)
