Видимо-невидимо: полимерный композит на основе графена, поглощающий волны радаров

Международная группа ученых разработала новый композитный радиопоглощающий материал на основе полимерной матрицы с наполнителем из гексаферрита и нанографита, который позволяет эффективно поглощать электромагнитное излучение в СВЧ-диапазоне и может быть использовано для технологии снижения заметности.

Исследования показали, что новый композит способен поглощать до 99.9% электромагнитного излучения, что открывает перспективы его для снижения заметности в области радарных частот. Работа опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Ученые НИТУ «МИСиС», Южно-Уральского государственного университета и Объединённого института ядерных исследований совместно с коллегами из Египта, Саудовской Аравии и Белоруссии разработали радиопоглощающий полимерный композитный материал с наполнителем на основе алюминий-замещенного гексаферрита бария и наноразмерного производного графита, который может быть использован как для антенных применений (технологии 5G), так и для снижения заметности в области радарных частот.

Полученный материал эффективно снижает коэффициент отражения электромагнитных волн, становясь практически невидимым в СВЧ-области.

«Высокий коэффициент поглощения был достигнут за счет комбинирования магнитного диэлектрического наполнителя (гесаферрит бария) и диамагнитного проводящего наполнителя (нанографит). Именно данная идея (сочетания порошкообразных материалов-наполнителей с принципиально различными электродинамическими характеристиками при формировании функциональных композитов) – обладает новизной и актуальностью. На сегодняшний день «век однофазных материалов» подходит к своему логическому завершению. Принципиально новые свойства могут быть обнаружены именно в области композитов.

-Следует отметить, что для получения данного результата была проделана большая работа по исследованию исходных магнитных наполнителей – замещенных гексаферритов бария. Так были проведены комплексные исследования корреляции химического состава, структурных особенностей, электрических, магнитных и микроволновых свойств широкого ряда твердых растворов гексаферритов. Были выбраны наиболее оптимальные химические составы для синтеза композита. Новый композиционный материал обладает прекрасными экранирующими свойствами, и при этом отличается легкостью, гибкостью, химической стабильностью и хорошим сочетанием с различными полимерными матрицами», — поясняет один из авторов исследования Алексей Труханов, к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСиС.

В качестве матрицы композита был использован поливинилиденфторид, или ПВДФ/PVDF. Этот полимер известен своей химической стабильностью, устойчивостью к органическим растворителям и более высоким, по сравнению с другими полимерами, модулем упругости. Его использование позволило компенсировать такие недостатки гексаферрита бария, как хрупкость и недостаточная пластичность.

В ходе исследования ученые определили оптимальное весовое соотношение ПВДФ и гексаферрита бария – 15% к 85% соответственно. Применение гексаферритового наполнителя играет ключевую роль в формировании магнитных потерь в композицуионном материале, что усиливает поглощение исходного полимера.

При этом содержание нанографита не должно превышать 5% от веса финального продукта. Такая концентрация вещества позволяет добиться максимально эффективного радиопоглощения за счет повышения проводимости композита.

Авторы работы отмечают, что разработанный ими композитный материал способен поглощать до 99.9% электромагнитного излучения, что открывает перспективы его использования в СВЧ-области (антенные и радарные технологии).

Исследование было проведено при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-72-10071).