Nadzieją wojskowego kamuflażu może się okazać... cukier. Białoruscy naukowcy odkryli, że otrzymane z sacharozy sfery tworzące na powierzchni heksagonalną powłokę doskonale absorbują mikrofale. Oznacza to, że pokryty taką warstwą samolot staje się całkowicie niewidzialny dla wojskowych radarów.
Fot. Thorbard / Foter.com / CC BY-NC-SA
Pomysł niewidzialnych samolotów rozpala wyobraźnię już od dawna. Aby uzyskać ten efekt, proponowano m.in. nanorurki węglowe, ale naukowcy z Białoruskiego Państwowego Uniwersytetu Informatyki i Radioelektroniki wpadli na inny pomysł. Wzorem stało się dla nich oko ćmy, surowcem – sacharoza.
Ich powłoka, opracowana we współpracy z Université de Lorraine we Francji to heksagonalna monowarstwa utworzona z maleńkich sfer. Ich ścianki zbudowane są z karbonizowanego cukru – sacharozy.
Ćma wciąż inspiruje
Powłoki antyrefleksyjne są dziś często stosowane na wyświetlaczach komputerów i telefonów, ale i w wojskowości. Obiekt pokryty powłoką, która w 100% pochłania promieniowanie widzialne, jest widoczny jako ciemna, bezkształtna masa. Z kolei powłoka pochłaniająca mikrofale gwarantuje, że staje się on zupełnie niewidzialny dla radarów. Wyemitowany przez radar sygnał w postaci mikrofal nie odbija się bowiem od obiektu i nie zostaje wykryty.
Taki właśnie efekt uzyskali białoruscy naukowcy. Ich sfery absorbują praktycznie całe promieniowanie z pasma Ka, któremu odpowiada częstotliwość 26-37 GHz. To mikrofale o długości 7,5 – 10 mm. Zakres pochłanianych fal można z powodzeniem dostosować zmieniając rozmiary polimerowych kulek, które wykorzystywane są do formowania sfer.
Fot. D. Bychanok / Research Institute for Nuclear Problems BSU
Ponadto ważna jest upakowana, heksagonalna struktura warstwy wzorowana na budowie soczewki oka ćmy, która jest najbardziej antyrefleksyjnym obiektem spotykanym w naturze. Dzięki temu darowi ewolucji owady te doskonale widzą w ciemnościach i mogą uniknąć ataku nocnych drapieżników, takich jak nietoperze. Przypomnijmy, że nie jest to jedyne odkrycie ostatnich miesięcy zainspirowane strukturą oka ćmy – wcześniej wzorowali się na niej m.in. badacze z Oak Ridge National Laboratory oraz Uniwersytetów Illinois i Massachusetts-Lowell.
Jak koraliki do dekoracji tortów
W procesie otrzymywania sfer wykorzystywane są biopolimerowe kulki, pokryte warstwą sacharozy – powszechnie występującego cukru, który można pozyskać z natury. Surowce są więc niedrogie i w pełni przyjazne środowisku.
Polimerowo-sacharozowe kulki poddawane są procesowi pirolizy, w wyniku którego polimer ulatnia się w postaci gazu, a cukier ulega zwęgleniu. W efekcie powstają puste sfery węglowe, które w kolejnym etapie poddaje się jeszcze pirolizie w strumieniu azotu, by otrzymać materiał szkłopodobny.
A jak powstaje heksagonalna monowarstwa? Główny badacz Dzmitry Bychanok tłumaczy to prosto: „Wyobraźmy sobie, że wypełnimy całkowicie dno szalki Petriego kolorowymi kuleczkami do dekoracji ciast i tortów. Dwuwymiarową warstwę heksagonalną utworzą one zupełnie spontanicznie; podobnie jest z naszymi sferami”.
Fot. D. Bychanok / Research Institute for Nuclear Problems BSU
Pochłania 95% fal
Skuteczność uzyskanej powłoki jest zdumiewająca – wyższa, niż jakiejkolwiek innej warstwy zaproponowanej do tej pory. „Monowarstwa utworzona ze sfer o promieniu 6 mm i grubości ścianki 5 μm gwarantuje najwyższy współczynnik absorpcji przy częstotliwości 30 GHz – ponad 95%” – stwierdzono w publikacji, która ukazała się w czasopiśmie „Applied Physics Letters”. Obecnie naukowcy pracują nad strukturą 3D, która w podobny sposób pochłania promieniowanie i być może pozwoli uzyskać jeszcze lepsze wyniki.
Źródło: American Institute of Physics
