Способ маскировки движущихся и неподвижных тел произвольной формы и состава на основе покрытия из наноструктурного композитного материала с квазинулевым показателем преломления

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к способу маскировки тел с помощью эффекта огибания светом границы среды с квазинулевым показателем преломления. Способ получения маскировочного покрытия на поверхности маскируемого объекта пневматическим распылением включает нанесение на поверхность маскируемого объекта зеркального покрытия из серебра или алюминия, затем слоя с квазинулевым показателем преломления, содержащего диэлектрическую матрицу из полиметилметакрилата или силикатного стекла с 3 ± 5% равномерно распределенных в ней наночастиц серебра с радиусом 2,5 - 5 нм, на поверхность которых нанесена стабилизирующая оболочка, показатель преломления которой совпадает с показателем преломления диэлектрической матрицы, а затем осуществляют сушку нанесенного покрытия при 60°С в течение суток. Техническим результатом этого способа является получение покрытия, обладающего способностью формирования в нем поверхностных оптических волн, огибающих поверхность маскируемого тела в широком диапазоне длин волн от 450 до 1200 нанометров. 6 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области нанотехнологий. Техническим результатом этого способа является получение покрытия, обладающего способностью формирования в нем поверхностных оптических волн огибающих поверхность маскируемого тела в широком диапазоне длин волн от 450 до 1200 нанометров.

Уровень техники

Известен способ осуществления маскировки методом волнового обтекания объектов цилиндрической оболочкой из метаматериала (Schurig D., Mock J.J., Justice B.J., Cummer S.A., Pendry J.B., Starr A.F., Smith D.R. // Science. 2006. Vol. 314; No. 5801; P. 977-980). Покрытие содержало десять слоев, каждый из которых состоял из множества кольцевых резонаторов. Резонаторы каждого слоя имели свои геометрические размеры, которые были подобраны так, чтобы достичь соответствующей зависимости магнитной и диэлектрической проницаемостей, а именно , , , где a и b - внутренний и внешний радиусы цилиндрической оболочки, соответственно. Радиусы слоев выбирались таким образом, чтобы на их окружностях укладывалось по целому числу резонаторов. В качестве маскируемого объекта был взят полый проводящий цилиндр радиусом м. Маскирующий эффект приводил к уменьшению заметности маскируемого объекта, то есть проводящий цилиндр, покрытый этой оболочкой, значительно меньше рассеивал излучение, чем тот же цилиндр без оболочки.

Главным недостатком этого способа маскировки является то, что материалы, применяемые для конструирования маскирующих оболочек различной формы, обладают значительной частотной дисперсией. Это означает, что маскирующая оболочка является поглощающей средой, компоненты магнитной и диэлектрической проницаемостей сильно зависят от частоты внешнего излучения, и эффекта маскировки удается достигнуть лишь на одной или нескольких частотах.

Известно плоское маскирующее покрытие с малой дисперсией и , позволяющее уменьшить поглощение и расширить частотный диапазон, в котором наблюдается эффект маскировки (Liu R., Ji C., Mock J.J., Chin J.Y., Cui T.J., Smith D.R. // Science. 2009. Vol. 323; No. 5912; P. 366-369). Маскирующее покрытие состояло из I-элементов, имеющих нерезонансную область, в которой практически отсутствует дисперсия. Для I-элементов различных геометрический размеров эта нерезонансная область находится в радиодиапазоне до 16 ГГц. Эксперименты были проведены на четырех разных частотах 13, 14, 15 и 16 ГГц. Благодаря этому эксперименту с плоским маскирующим слоем показано, что широкополосный эффект маскировки в радиодиапазоне возможен.

Однако данный способ маскировки не позволяет замаскировать движущийся или неподвижных объект во всем видимом диапазоне длин волн.

Известен способ маскировки (Tretyakov S.A., Alitalo P., Luukkonen O, Simovski C. // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103; P. 103905), когда металлический объект в форме цилиндра, окруженный гофрированной маскирующей оболочкой, помещается в прямоугольный волновод. Оболочка представляла собой набор металлических пластин в виде усеченных конусов, надеваемых на цилиндр. В результате оболочка вблизи цилиндра представляла собой периодическую последовательность радиальных волноводов с переменной толщиной. При возбуждении в основном волноводе волны с электрическим полем, направленным вдоль оси цилиндра, наблюдается маскировочный эффект, а именно волна, обогнув рассеиватель, восстанавливала свою форму, причем эффект наблюдался в диапазоне частот от 2 до 4 ГГц.

Данный же способ маскировки не позволяет замаскировать движущийся или неподвижный объект произвольной формы и состава в свободном пространстве во всем видимом диапазоне длин волн.

Предлагаемый способ лишен недостатков перечисленных выше методов маскировки.

Задачей изобретения является получение маскирующего покрытия, которое позволяет обеспечить обтекание естественным светом поверхности неподвижного или движущегося тела произвольной формы и состава в диапазоне длин волн от 450 до 1200 нм.

Поставленная цель достигается за счет того, что при падении на маскируемый объект, покрытый композитным материалом с квазинулевым показателем преломления, внешнего излучения по поверхности маскируемого тела распространяется световая волна при различных углах падения света и длинах волн в интервале от 450 до 1200 нм независимо от оптических свойств этого тела.

Способ поясняется показанной на фиг. 6 схемой огибания светом поверхности маскируемого тела.

Анализ экспериментальных спектров отражения и пропускания слоев с квазинулевым показателем преломления (фиг. 1 - 4) показывает, что эти материалы обладают квазинулевым показателем преломления в диапазоне длин волн от 450 до 1200 нм, т.е. во всем видимом и ближнем ИК-диапазонах.

На фиг. 1 представлены спектры отражения структур (PMMA + Ag) / glass по отношению к отражательной способности стекла без покрытия: 1 - толщина композитной пленки ; 2 - толщина PMMA пленки ; 3 - оптический спектр структуры (PMMA + Ag) / glass, толщина композитной пленки .

На фиг. 2 представлены спектры отражения коллимированного пучка света в относительных единицах полимерной пленки (a) и композитной пленки (b) на стекле толщиной 17 , угол падения . Весовое содержание серебра в композите 5%.

На фиг. 3 представлены спектры отражения полимерной пленки (a) и композитной пленки (b) толщиной при нормальном падении света. Весовое содержание серебра в композите 3%.

На фиг. 4 представлены спектры пропускания в относительных единицах полимерной пленки (a) и композитной пленки (b) толщиной при нормальном падении света. Весовое содержание серебра в композите 3%.

На основе данных, полученных из анализа экспериментальных спектров и разработанного теоретического подхода, выведены формулы для нефренелевских амплитуд отражения и пропускания света на границах слоя с квазинулевым показателем преломления для случая s-поляризованных волн

, ,

, ,

, . (1)

Для случая p-поляризованных волн учитывая две p-поляризованные волны при отражении и преломлении света на границе имеем следующие соотношения:

, ,

, ,

, ,

, ,

, , (2)

где - показатель преломления входной среды, откуда падает внешнее излучение, , - угол падения, - угол, определяемый с помощью равенства , - угол преломления света в слое. При формулы (1), (2) совпадают с соответствующими френелевскими формулами (Борн М., Вольф Э. // Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 с.).

В случае комплексных углов преломления света в слое , затухание поверхностных волн на границе слоя происходит внутрь маскирующего слоя.

После необходимых вычислений получим следующую формулу для x-

составляющей световых потоков на границе раздела двух сред вакуум - оптическая среда с квазинулевым показателем преломления

(3),

где соответствующие слагаемые в формуле (3) имеют следующий вид:

,,

,

,(4)

где коэффициенты и для s- и p-поляризованных волн определяют поле внутри слоя, , и - коэффициенты отражения слоя для p и двух s- поляризованных волн, - нормирующий множитель.

Поток соответствует доле светового потока, распространяющегося вдоль оси x со стороны внешней поверхности слоя. представляет собой долю светового потока, распространяющегося вдоль оси x с внутренней стороны границы 1-2 слоя, - доля светового потока, распространяющегося вдоль оси х со стороны границы 2-3 слоя, - соответствующая доля светового потока, обусловленная интерференцией световых потоков от границ 1-2 и 2-3 слоя. На фиг. 5 представлен суммарный световой поток, распространяющийся вдоль поверхности маскирующего слоя, из которого видно, что при малых углах падения света возможно значительное преобразование внешнего светового потока в волну, огибающую поверхность и обеспечивающую маскировку тела, методом волнового обтекания.

Способ маскировки осуществляется следующим образом.

Вначале на поверхность маскируемого произвольной формы и состава тела наносится зеркальное покрытие из серебра или алюминия, а затем наносится слой с квазинулевым показателем преломления, представляющий собой диэлектрическую матрицу из полиметилметакрилата или силикатного стекла с равномерной концентрацией наночастиц серебра, обладающих радиусом 2.5 - 5 нм, поверхность которых стабилизирована стабилизирующей оболочкой, показатель преломления которой совпадает с показателем преломления диэлектрической матрицы. Весовое содержание серебра в композитном материале %.

Нанесение пленки происходит методом пневматического распыления с последующей сушкой при 60° в течение суток, чем достигается равномерное распределение наночастиц серебра по глубине пленки и по ее поверхности.

На фиг. 6a представлена схема взаимодействия внешнего излучения с непрозрачным телом, согласно которой наблюдатель A не видит наблюдателя B, находящегося в тени маскируемого тела. На фиг. 6.1b представлена схема огибания светом маскируемого тела, при которой наблюдатель B видит наблюдателя A, со стороны которого поступает свет.

Известно (Колтун М.М. // Оптика и метрология солнечных элементов. М.: Наука, 1985, 280 с.), что спектр солнечного излучения распределен по длинам волн таким образом, что его максимум приходится на 470 нм. Как видно из фиг. 5, максимум светового потока вдоль поверхности тела находится вблизи максимума солнечного спектра и в этой области длин волн будет происходить наиболее эффективное преобразование солнечного излучения в световой поток, огибающий маскируемое тело.

Необходимым условием маскировки является условие, при котором свет, исходящий из источника в месте расположения наблюдателя A, не изменяет своих свойств. Иными словами, внешнее излучение в месте расположения наблюдателя A доходит до наблюдателя B так, как и в отсутствие маскируемого тела.

Способ получения маскировочного покрытия на поверхности маскируемого объекта пневматическим распылением, включающий нанесение на поверхность маскируемого объекта зеркального покрытия из серебра или алюминия, затем слоя с квазинулевым показателем преломления, содержащего диэлектрическую матрицу из полиметилметакрилата или силикатного стекла с 3 ± 5% равномерно распределенных в ней наночастиц серебра с радиусом 2,5 - 5 нм, на поверхность которых нанесена стабилизирующая оболочка, показатель преломления которой совпадает с показателем преломления диэлектрической матрицы, а затем осуществляют сушку нанесенного покрытия при 60°С в течение суток.



 

Похожие патенты:

Разработан двусторонний камуфляжный материал, включающий текстильный слой, на котором напечатан камуфляжный рисунок для лесистой местности, подавляющий инфракрасное излучение слой и текстильный слой, на котором напечатан камуфляжный рисунок для пустыни.

Изобретение может быть использовано для защиты от обнаружения летательных аппаратов (ЛА), оборудованных реактивными двигателями. Способ снижения заметности ЛА в видимом и инфракрасном диапазоне электромагнитных волн, излучаемых горячими продуктами сгорания реактивного двигателя, заключается в создании защитного аэрозольного облака.

Изобретение относится к маскировке и защитным материалам и может применяться для скрытия военных и гражданских объектов в тепловом и радиолокационном диапазонах длин волн, а также для пошива маскировочной и защитной одежды, чехлов, изготовления экранов, нанесения в виде покрытия на кожухи приборов и т.п., защищающих и/или скрывающих по крайней мере в радиолокационном и/или тепловом диапазонах длин волн.

Изобретение относится к военной технике, а конкретно к устройствам для маскировки военной автомобильной и бронетанковой техники, и может быть использовано для закрепления срезанной или искусственной растительности на корпусе или кузове подвижного объекта.

Изобретение относится к средствам обеспечения скрытности наземных видов вооружения и военной техники (ВВТ) от средств разведки видимого, радиолокационного и инфракрасного диапазона.

Летательный аппарат (10) с малой радиолокационной сигнатурой включает двигательную установку (18) для приведения в движение летательного аппарата (10), имеющего воздухозаборник (16) и сопловое отверстие (14), нишу (20, 24, 26), через которую предусмотрена возможность ввода других компонентов летательного аппарата (10) вовнутрь.

Изобретение относится к устройствам для маскировки летательных аппаратов. Перед воздухозаборником низколетящего летательного аппарата устанавливают горизонтальные жалюзи из профилей в виде синусоиды в интервале 270-450 градусов при условии, что направление синусоиды совпадает с направлением полета, или в виде фигуры, состоящей из двух состыкованных дуг окружностей одинакового размера в пределах 5-45 градусов.

Средство снижения радиолокационной видимости самолета (V) выполнено с возможностью размещения на горячей части (Н) самолета, которая представляет часть, которая обнаруживается радиолокационными системами.

Изобретение относится к маскировке, в частности к маскировке подвижных и стационарных объектов. Маскировочное устройство содержит полый элемент, внутри которого во время работы устройства происходит движение демаскирующего газа, при этом полый элемент расположен встык к месту появления демаскирующего газа, а выход и/или забор демаскирующего газа с применением устройства за счет применения полого элемента происходит в месте и/или направлении, отличном от места и/или направления выхода и/или забора демаскирующего газа в месте появления демаскирующего газа и обеспечивающим затруднение обнаружения, и/или распознавания маскируемого объекта, и/или наведение на маскируемый объект высокоточных боеприпасов, при этом маскировочное устройство может включать в себя также один или несколько вентиляторов, создающих поток по ходу движения демаскирующего газа, и/или нагревателей, и/или охладителей, и/или иных приборов, изменяющих состояние демаскирующего газа с целью снижения его демаскирующих свойств и не создающих потока против движения демаскирующего газа, в том числе, но не исключительно расположенных внутри полого элемента; при этом полый элемент может быть полностью или частично расположен внутри или снаружи маскируемого объекта, может представлять собой жесткую и/или гибкую конструкцию, состоящую из отдельных элементов с возможностью их соединения и отсоединения или неразборную, а также полый элемент может быть выполнен из материала, скрывающего хотя бы один демаскирующий признак, в том числе теплоизолирующего, и/или теплоотражающего, и/или имеющего маскировочную окраску, и/или радиопоглощающего и т.п., а маскировочное устройство в целом может содержать имитатор маскируемого объекта или части маскируемого объекта хотя бы в одном диапазоне длин волн и средство крепления имитатора к маскируемому объекту, при этом имитатор вынесен за габариты маскируемого объекта, в том числе, но не исключительно с подачей демаскирующего газа в имитатор через полый элемент.

Изобретение относится к устройству для адаптации сигнатуры, способу адаптации сигнатуры, а также к объекту, такому как транспортное средство. Устройство для адаптации сигнатуры, содержит по меньшей мере один элемент поверхности, выполненный с возможностью допускать определенное тепловое распределение, при этом упомянутый элемент поверхности содержит по меньшей мере один теплогенерирующий элемент, выполненный с возможностью генерирования по меньшей мере одного заранее определенного температурного градиента для части упомянутого по меньшей мере одного элемента поверхности, упомянутый по меньшей мере один элемент поверхности содержит по меньшей мере одну поверхность отображения, упомянутая по меньшей мере одна поверхность отображения выполнена с возможностью излучения по меньшей мере одного заранее определенного спектра, упомянутая по меньшей мере одна поверхность отображения выполнена с возможностью излучения по меньшей мере одного спектра во множестве направлений, и упомянутый по меньшей мере один заранее определенный спектр является направленно-зависимым, и поверхность отображения содержит препятствующий слой, выполненный с возможностью препятствования падающему свету выбранных углов падения.

Изобретение относится к изготовлению теплоизлучающих элементов. Способ включает размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки либо путем распыления гранулированных частиц, полученных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, и частиц из оксида второго металлического материала, либо путем напыления металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, и их окисления, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют.

Изобретение относится к способу изготовления оправки для использования в пресс-валковом прошивном стане для изготовления бесшовной стальной трубы/трубки. Способ включает дробеструйную обработку поверхности оправки и электродуговое напыление с использованием проволоки с наполнителем, состоящей по одному из вариантов из железной трубчатой оболочки и наполнителя, содержащего частицы железа и частицы ZrO2 в количестве от 2,5 до 30,0 об.%, при этом на поверхности оправки формируют пленку, содержащую оксид железа, железо и частицы ZrO2, а по второму варианту при электродуговом напылении используют проволоку с наполнителем, состоящую из железной трубчатой оболочки и наполнителя, содержащего частицы железа и частицы BN в количестве от 5,0 до 20,0 об.%, с формированием на поверхности оправки пленки, содержащей оксид железа, железо и частицы BN.

Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к плазменному напылению на детали, эксплуатируемые в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали, включающий ввод дисперсного порошка самофлюсующегося сплава на основе никеля через кольцевую щель в воздушно-плазменную струю с последующей газодинамической фокусировкой и напыление его на предварительно обработанную поверхность стальной детали, отличающийся тем, что используют порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля состава Ni-Cr-B-Si-C или Ni-Al, частицы которого плакированы твердорастворным сплавом Ni-Cr с толщиной слоя 2-6 мкм, при этом в качестве фокусирующего газа используют смесь воздуха и природного газа, взятых в соотношении природный газ : воздух =(1,86÷4,88):1, а напыление осуществляют при среднемассовой температуре струи плазмы 5750÷6500 К и ее среднемассовой скорости 2170÷2500 м/с.

Изобретение относится к получению декоративного покрытия на изделиях из древесины. Поверхность древесины предварительно покрывают первым внутренним слоем из эпоксидной смолы и вторым внутренним слоем из эпоксидной смолы и порошка стекла в соотношении 1:1.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на деталях и может найти применение при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на деталях и может найти применение при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных деталей, подвергающихся износу в процессе эксплуатации.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов. Алмазное покрытие состоит из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя.

Изобретение может быть использовано в устройствах, преобразующих один вид энергии в другой, например в двигателях внутреннего сгорания. Теплообменная металлическая поверхность (1) имеет углубления (2), заполненные материалом с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность материала поверхности (1).

Изобретение относится к области подготовки почвенных покровов для выращивания различных сельскохозяйственных культур и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к способу маскировки тел с помощью эффекта огибания светом границы среды с квазинулевым показателем преломления. Способ получения маскировочного покрытия на поверхности маскируемого объекта пневматическим распылением включает нанесение на поверхность маскируемого объекта зеркального покрытия из серебра или алюминия, затем слоя с квазинулевым показателем преломления, содержащего диэлектрическую матрицу из полиметилметакрилата или силикатного стекла с 3 ± 5 равномерно распределенных в ней наночастиц серебра с радиусом 2,5 - 5 нм, на поверхность которых нанесена стабилизирующая оболочка, показатель преломления которой совпадает с показателем преломления диэлектрической матрицы, а затем осуществляют сушку нанесенного покрытия при 60°С в течение суток. Техническим результатом этого способа является получение покрытия, обладающего способностью формирования в нем поверхностных оптических волн, огибающих поверхность маскируемого тела в широком диапазоне длин волн от 450 до 1200 нанометров. 6 ил.

Наверх