بهینه سازی پوشش های نانوساختار چندلایه مبتنی بر گرافن، اکسیدهای فلزی با قابلیت کنترل هم زمان جذب امواج مایکروویو و تابش حرارتی برای استتار پیشرفته سامانه های نظامی در برابر سامانه های شناسایی راداری و حرارتی نسل جدید

پیشینه و مسئله پژوهش پلتفرم های هوایی و زمینی نسل جدید به طور هم زمان در معرض شبکه ای از حسگرهای فعال و غیرفعال شامل رادارهای باند Ku (۱۲-۱۸ گیگاهرتز) و تصویر بردارهای حرارتی مادون قرمز موج بلند (IR) ۸-۱۴ میکرومتر قرار دارند. پوشش های استتار مرسوم به دلیل ماهیت غیرفعال، تک باندی بودن و وابستگی متقابل پاسخ در باندهای مختلف، توانایی مقابله موثر با تهدیدات چندطیفی را ندارند و بهبود عملکرد در یک باند طیفی منجر به تشدید آشکارسازی در باند دیگر می شود. این پدیده که با عنوان Signature Trade-off شناخته می شود، یکی از محدودیت های حل نشده در فناوری های پوشش دهی متداول محسوب می گردد. در این پژوهش یک چارچوب طراحی نوین برای بهینه سازی پوشش های نانوساختار چندلایه مبتنی بر گرافن، اکسیدهای فلزی (VO۲ و GST) ارائه شده است. ساختار پیشنهادی شامل یک سلول واحد چندلایه با آرایش لایه نشانی دقیق شامل الگوی نوار گرافنی در مقیاس میکرومتری به عنوان لایه فعال تنظیم پذیر با رسانایی سطحی ۱۰ تا ۱۰ زیمنس، لایه های اکسید فلزی VO۲ و GST به عنوان مواد تغییر فاز دهنده سنتز شده به روش سل ژل، لایه دی الکتریک میانی SiO۲ با ضخامت بهینه سازی شده و لایه فلزی زمین به عنوان بازتابنده کامل می باشد. فرآیند ساخت شامل سنتز گرافن به روش CVD، سنتز نانوذرات اکسیدهای فلزی به روش سل ژل و لایه نشانی دقیق به روش اسپین کوتینگ است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد با اعمال ولتاژ بایاس ۰ تا ۵ ولت و افزایش سطح فرمی گرافن تا ۰/۸۵ الکترون ولت، سطح مقطع راداری (RCS) از ۵ دسی بل در حالت خاموش به ۲۰ دسی بل در حالت فعال کاهش می یابد که معادل کاهش ۲۵ دسی بل (بیش از ۹۹.۷%) است. پهنای باند موثر ۴ گیگاهرتز (۱۷-۱۳ گیگاهرتز) بوده و حداکثر جذب در فرکانس ۱۵ گیگاهرتز برای ولتاژهای ۰، ۲ و ۴ ولت به ترتیب ۶۲٪، ۸۶٪ و ۹۶٪ ثبت شده است. در باند حرارتی LWIR ضریب گسیلندگی (ع) از ۰.۸۰ در حالت خاموش به ۰.۳۵ در حالت فعال کاهش یافته و دامنه تنظیم ۴۵٪ را نشان می دهد که معادل کاهش دمای ظاهری حدود ۴۰ درجه سانتی گراد است. میانگین گسیلندگی موثر برای ولتاژهای ۰، ۲ و ۴ ولت به ترتیب ۰.۷۷، ۰.۵۲ و ۰.۲۴ محاسبه شده است. این پوشش نانوساختار با یک محرک ولتاژی واحد کنترل هم زمان، مستقل و پویای پاسخ راداری و حرارتی را با کوپل شدگی متقاطع کمتر از ۱۷ فراهم می سازد. زمان پاسخ سیستم ۰.۵ تا ۱۰ نانوثانیه، مصرف توان کمتر از ۱ وات بر متر مربع و چگالی سطحی کمتر از ۵ کیلوگرم بر متر مربع از دیگر دستاوردهای این پژوهش است. این پوشش هوشمند ضمن قابلیت نصب بر روی پلتفرم های موجود و ارتقاء نرم افزاری، می تواند در سناریوهای عملیاتی نظیر نفوذ به حریم هوایی حفاظت شده و گریز از موشک های ترکیبی عملکرد موثری ارائه دهد. این پژوهش یک اصل طراحی عمومی برای توسعه نسل آینده پوشش های چندکاره با قابلیت ادغام روی سطوح پیچیده پلتفرم های نظامی ایجاد می کند.

کلیدواژه ها:

پوشش نانوساختار ، گرافن ، اکسیدهای فلزی ، استتار ، نظامی ، کاهش سطح مقطع راداری ، کنترل گسیلندگی حرارتی ، باند Ku ، مادون قرمز موج بلند ، مواد تغییر فاز دهنده ، متامتریال ، کنترل هم زمان دوگانه ، پنهان کاری تطبیقی