Радиопоглощающий материал: описание, характеристики, применение

Современный уровень развития радиотехнических устройств и их повсеместное использование остро ставят на повестку дня вопросы электромагнитной защиты и безопасности. До недавнего времени данный пласт проблем оставался в тени, поскольку технологический уровень не позволял их детально рассматривать. Но сегодня существует целое направление по разработке радиопоглощающих материалов (РПМ), которые имеют самые разные назначения.

Сферы применения РПМ

Потребность в использовании данного рода материалов возникает в военно-оборонном комплексе, в гражданской промышленности, в решении типовых задач при разработке радиоэлектронных устройств и т. д. Но защитные системы и средства безопасности все же являются наиболее актуальными с точки зрения запроса на РПМ. Причем это не обязательно военно-технический комплекс. Современные радиопоглощающие материалы успешно осваиваются в нише компьютерных систем, обрабатывающих информацию с подключением средств защиты от несанкционированного доступа. Объекты биологического происхождения таким образом защищаются от электромагнитного воздействия, а снижение радиолокационной уязвимости и вовсе является необходимостью для широкого спектра единиц гражданского и военного назначения. Другое дело, что характер использования и свойства конкретных РПМ в каждом случае могут заметно отличаться.

Что представляет собой РПМ?

Данный класс материалов можно определить через способность состава и структуры изделия обеспечивать поглощение электромагнитной энергии в том или ином частотном диапазоне. Новые поколения РПМ в большей степени поддаются модификации в части их способности преобразовывать поглощаемые волны в определенные виды энергии. В данном процессе помимо поглощения наблюдаются и такие явления, как интерференция, рассеяние и дифракция. Что касается производства радиопоглощающих материалов, то в их основу закладываются частицы ферромагнетика. Они используются в качестве широкодиапазонных поглощающих материалов, формируя на поверхности целевого изделия изоляционный слой по отношению к электромагнитным волнам. При этом обязательным условием для структурной основы изолятора должно быть присутствие немагнитного диэлектрика. На этой базе разрабатываются различные модификации РПМ. Например, дополнительно в структуру ферромагнетиков могут включаться элементы сажи или графита, которые выступают в качестве поглотителей. В производстве узкодиапазонных РПМ также акцент делается на применении каучука или пластмасс.

Разница между радиопоглощающими материалами и покрытиями

Строгого разграничения, с точки зрения эксплуатационных качеств, между материалами и покрытиями данного назначения нет, но сама механика изготовления и дальнейшего обращения заставляет разграничивать эти средства изоляции. В частности, если материалы могут входить в конструкционную и даже элементную базу целевого изделия, то покрытия выступают лишь вспомогательным слоем на поверхности, не выполняя никаких задач другого свойства. Отчасти имеют место и различия в поглощающих способностях, но и этот фактор скорее носит условный характер. В зависимости от структуры радиопоглощающий материал может демонстрировать определенные успехи в качестве устройства-поглотителя микроволн, но в любом случае данная способность будет характерна лишь для ограниченного диапазона. К примеру, на сегодняшний день остаются спектры излучения радиолокационных станций, которые в принципе не доступны для «обработки» РПМ.

Технико-эксплуатационные характеристики РПМ

Материалы довольно разнообразны по своему устройству и структуре, и все же существуют усредненные рабочие показатели для наиболее устоявшихся групп РПМ. К базовым характеристикам, отражающим эти значения, можно отнести:

• Длину рабочих волн – от 0,3 до 25 см.
• Спектр рабочих частот – от 300 до 37 500 МГц.
• Магнитную проницаемость – от 1,26 до 10-6 Гн/м.
• Диапазон рабочих температур – от -40 до 60 °С.
• Массу – порядка 200-300 г на 1 м кв.

Следует учитывать, что далеко не каждый материал может сохранять вышеназванные эксплуатационные характеристики в жестких внешних условиях применения. В этом смысле можно выделить радиопоглощающий материал «Терновник» коврового типа, который широко используется российскими предприятиями в разных отраслях. Для него практически не существует ограничений по эксплуатации в суровых климатических условиях. Кроме того, данный материал отличается стойкостью к механическому истиранию и сохраняет возможность изоляции объектов независимо от их формы и площади.

Разновидности РПМ

Хотя четкого разграничения и в сегменте РПМ на данный момент не существует, условно можно выделить следующие категории данного материала:

• Резонансные. Также называются частотно-настроенными – способны обеспечивать полную или частичную нейтрализацию поглощаемой волны. Эффективность напрямую определяется толщиной защитного изделия.
• Нерезонансные магнитные. Имеют в своей структуре феррит, частицы которого распределяются в эпоксидной прослойке. Магнитный радиопоглощающий материал способен рассеивать излученную энергию по большой поверхности, что позволяет достигать нейтрализации в широком частотном диапазоне.
• Нерезонансные объемные. Как правило, представляют собой толстые слои изоляторов, поглощающих основную часть подводимого излучения до его отражения от задней металлической пластины.

Особенности РПМ на ферромагнитных порошках

Разновидность покрытия с радиопоглощающей способностью, которое содержит в себе дисперсные микросферы с частицами феррита или карбонильного железа. В процессе поглощения высокочастотного излучения в порошке происходят молекулярные колебания, провоцирующие выделение тепла. Та самая производная энергия, которая рассеивается или передается смежной аккумулирующей конструкции. Схожий принцип действия отмечается в листах неопренового каучука. Этот материал работает на принципе магнитных потерь, но содержит в своей структуре более основательный наполнитель из феррита и графита.

Пенные РПМ

Особая группа РПМ, которые используются для долговременной маскировки важных объектов. В основе материалов этого типа заложен пенополиуретан. Его применение оправдывается тем, что конечное изделие получает небольшие размеры и скромную массу при достаточно широком диапазоне поглощающей активности до дециметрового спектра. Хотя исходное сырье в данном случае обходится дороже, радиопоглощающие материалы и маскирующие пенные покрытия на полиуретановой основе отличаются существенными эксплуатационными преимуществами:

• Высокие прочностные характеристики по сравнению с аналогичными водно-полимерными материалами.
• Поддержание маскирующих качеств неограниченное время.
• Менее жесткие требования к хранению компонентов.
• Пенные маскирующие покрытия в принципе отличаются высокой адгезией, что расширяет возможности их применения к самым разным поверхностям.

Отечественные разработки РПМ

Российские специалисты работают в нескольких направлениях создания РПМ, но к наиболее перспективным областям стоит отнести материалы на основе наноструктур. Эту концепцию, в частности, осваивает НИИ «Феррит-Домен», разработавший целую линейку тонких радиопоглощающих пленок из гидрогенизированного углерода с наноэлементами. К преимуществам радиопоглощающих материалов российского производства на основе наноструктурированных частиц можно отнести повышенную поглощающую способность, действующую в сверхшироком частотном спектре 7–300 ГГц. Также наряду с термостойкостью и механической прочностью разработчики отмечают экологическую чистоту и безотходность технологии изготовления подобных материалов.

Заключение

Несмотря на расширение общего сегмента РПМ, пока еще рано говорить об устоявшихся и стандартизированных нормах разработки данного класса материалов. Во многом это связано с секретностью, в условиях которой приходится работать исследователям в этой области, но также остаются и проблемы, связанные с технологической сложностью разработки. Получение новых перспективных радиопоглощающих материалов сегодня невозможно без применения инновационного исходного сырья. Технологи также активно работают над более точными и эффективными методами оценок поглощающей способности, что расширяет возможности для выявления новых РПМ. И на этом фоне логично утрачивают актуальность уже ставшие традиционными радиопоглощающие средства на основе тех же ферритов.