ПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2023 года по МПК C30B29/06 B82Y30/00 

Изобретение относится к многофункциональным покрытиям на основе «porous black silicon» на гибких подложках, поглощающим, изолирующим и отражающим электромагнитное излучение в спектре ближнего инфракрасного диапазона длин волн, и может быть использовано для средств маскировки, в качестве поглощающих экранов многоцелевого назначения (включая информационную безопасность) в диапазоне длин волн 2,5 - 15,5 мкм (120 - 12 ТГц; 0,62-0,08 эВ; 500-4000 см^-1).

Известно электромагнитное поглощающее покрытие, которое содержит основу, состоящую из арамидной высокомодульной ткани типа кевлар с нанесенной на нее поглощающей пленкой. На каждую основу нанесены пленки разных видов. Один вид выполнен из напыленного феррита с вкрапленными в него наноразмерными кластерами металлов Ni и Со, а второй выполнен из напыленного гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него наноразмерными кластерами металлов Ni и Со. Пленки напылены на арамидную ткань с двух сторон. При составлении конструкции слои чередуются таким образом, чтобы концентрация ферромагнитных кластеров в пленках соседних слоев была разной - в одном низкая (40-60 ат.%), во втором высокая (60-80 ат.%). Полученное покрытие обеспечивает повышение уровня радиопоглощающих свойств в диапазоне 6-40 ГГц и расширение частотного диапазона работы покрытия в нижней части СВЧ диапазона - от 2 до 6 ГГц (см. патент на изобретение RU 2363714, МПК C09D 5/32). Аналог имеет следующие недостатки: средняя поглощающая способность, - сложность технологии получения ввиду многокомпонентного состава и, как следствие, неконтролируемый состав; ограниченный размер покрытия 200×200 мм.

Однако данное покрытие обладает низкой поглощающей способностью в ИК диапазоне, изобретение основано на сложной технологии получения ввиду многокомпонентного состава и, как следствие, неконтролируемого состава.

Известен также поглощающий термостабилизирующий материал на основе манганитов редкоземельных элементов и термостабилизирующее покрытие на его основе (см. патент на изобретение RU 2404128, МПК C01G 45/12). Используют манганиты, обладающие фазовым переходом зависимости излучательной способности от температуры, с общей формулой А(1-х)BxMnO3, где А - редкоземельный элемент, В - замещающий элемент, х в диапазоне 0,1÷0,3. Выбирают соединения соответствующих элементов, подбирают их концентрации для создания требуемого состава, перемешивают, прогревают до образования твердого раствора, который размалывают. К полученному материалу добавляют связующее вещество с растворителем в необходимой пропорции. Полученную смесь перемешивают до создания однородной массы и наносят на покрываемую поверхность тонким слоем.

Недостатком является то, что этот материал не является самостоятельным покрытием, а выполняет функцию термостабилизации только при смешивании с краской; он является многокомпонентным, включает как минимум шесть компонентов (три типа оксидов + два органических соединения + водоростворимые смолы); термостабилизирующими свойствами обладает не весь материал покрытия, а только его часть (соединение на основе двух типов оксидов), что снижает эффективность стабилизации.

Известно радиопоглощающее покрытие, обеспечивающее электромагнитную совместимость электронных модулей и базовых несущих конструкций наземной и морской радиоэлектронной аппаратуры в СВЧ диапазоне. Радиопоглощающее покрытие представляет собой градиентную структуру из наноструктурированных пленок, включающую от 2 до 10 слоев, одним из слоев которой является частотно-селективная структура (ЧСС), состоящая из пленки аморфного гидрогенизированного углерода с наночастицами 3d-металла (a-C:H(Ni)), нанесенной в форме квадратов размером 10-50 мм с расстоянием между квадратами 10-50 мм на гибкую подложку. Слои соединены между собой по клеевой технологии материалом с низкой диэлектрической проницаемостью. Наноструктурированные пленки на основе аморфного гидрогенизированного углерода с наночастицами 3d-металла (a-C:H(Ni)) получены методом ионно-плазменного магнетронного напыления. Радиопоглощающее покрытие является механически и термически стойким и обеспечивает повышение эффективности защиты от электромагнитного излучения в диапазоне частот 0,5-37,5 ГГц (см. патент на полезную модель RU 161081, МПК H01Q 17/00).

Недостатком такого покрытия является то, что его светоотражательная способность существенно изменяется при контакте с водой, сложность изготовления и высокая стоимость покрытия.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для маскировки объекта от инфракрасного устройства обнаружения. Устройство включает в себя материал, поглощающий инфракрасное излучение. Материал включает слой материала, поглощающего инфракрасное излучение, в том числе множество кремниевых нанопроволок. Гибкая подложка имеет первую поверхность, функционально соединенную с внутренней поверхностью слоя. Подложка включает устройство рассеивания тепла, выделяемого маской во время работы. Матрица инфракрасных излучателей функционально соединена со второй поверхностью подложки. Матрица инфракрасных излучателей выборочно излучает инфракрасный рисунок, чтобы замаскировать объект для инфракрасного устройства обнаружения (см. патент на изобретение US9777998, МПК F41H 003/00).

Недостатком является сложность отвода тепла.

Общий недостаток вышеописанных твердых материалов заключается в сложности изготовления из них термостабилизирующего покрытия.

Проблемой, на решение которой направлено изобретение, является защита объектов от электромагнитного излучения и поглощение собственного теплового излучения объекта с целью маскировки объекта в ИК диапазоне. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства с низким отражением и пропусканием и высоким поглощением в ИК области спектра.

Технический результат при осуществлении предлагаемого изобретения заключается в расширении частотного диапазона и увеличении поглощения электромагнитного излучения, поглощающем покрытием.

В поглощающем материале, содержащем гибкую подложку, с нанесенным на нее с одной стороны слоем из нанопористого кремния, поглощающим инфракрасное излучение и термостабилизирующим слоем с другой стороны, согласно решению, слой нанопористого кремния дополнительно содержит наночастицы серебра в поровом пространстве, а термостабилизирующий слой представляет собой слой макропористого кремния с наночастицами оксида железа в поровом пространстве.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 - представлена структура предлагаемого материала, на фиг. 2 - металл-диэлектрические наноструктуры, на фиг. 3 - отражение от поглощающего материала с наночастицами серебра (AgNPs) и нанопористого кремния (SiNP) и наночастицами оксида железа (Fe₃O₄NPs) и нанопористого кремния (SiNP).

Позициями на чертеже обозначены:

1 - гибкая подложка;

2 - металл-диэлектрические наноструктуры;

3 - частицы серебра;

4 - частицы оксида железа;

5 - нанопористый кремний;

6 - поровое пространство.

Поглощающий материал содержит гибкую подложку 1, которая может быть выполнена, например, из полиамида толщиной до 120 мкм.

С одной стороны на поверхность подложки 1 нанесена металл-диэлектрическая наноструктура 2, представляющая собой слой нанопористого кремния (SiNP) с наночастицами серебра (AgNPs) в поровом пространстве. С другой стороны на поверхность подложки 1 нанесена металл-диэлектрическая наноструктура 2, состоящая из макропористого кремния (SiNP) с наночастицами оксида железа (Fe₃O₄NPs) в поровом пространстве.

Пористый кремний нанесен на гибкую полиамидную подложку методом магнетронного распыления, толщина слоя кремния порядка 12 мкм. Пористый кремний получен методом водного неэлектролитического дотравливания в присутствии ионов серебра. После окончания процесса травления с одной стороны наночастицы серебра (диаметром до 200 нм) остаются у основания кремниевых нанопроволок (столбов, диаметром до 30 мкм, высотой до 9 мкм), с другой стороны наночастицы серебра вытравливаются и поровое пространство насыщается частицам оксида железа.

Предлагаемое изобретение обладает оптимально малым отражением (~ 20 - 5 %) и пропусканием (~ 5 - 20%) электромагнитного излучения в энергетическом диапазоне ~ 0,05 - 0,7 эВ (Фиг. 3).

Изобретение относится к многофункциональным покрытиям на основе «porous black silicon» на гибких подложках, поглощающим, изолирующим и отражающим электромагнитное излучение в спектре ближнего инфракрасного диапазона длин волн и может быть использовано для средств маскировки, в качестве поглощающих экранов многоцелевого назначения в диапазоне длин волн 2,5 - 15,5 мкм. В поглощающем материале, содержащем гибкую подложку, с нанесенным на нее с одной стороны слоем из нанопористого кремния, поглощающим инфракрасное излучение и термостабилизирующим слоем с другой стороны, согласно решению, слой нанопористого кремния дополнительно содержит наночастицы серебра в поровом пространстве, а термостабилизирующий слой представляет собой слой макропористого кремния с наночастицами оксида железа в поровом пространстве. Технический результат заключается в расширении частотного диапазона и увеличении поглощения электромагнитного излучения, поглощающем покрытием. 3 ил.

Поглощающий материал, содержащий гибкую подложку, с нанесенным на нее с одной стороны слоем из нанопористого кремния, поглощающим инфракрасное излучение, и термостабилизирующим слоем с другой стороны, отличающийся тем, что слой нанопористого кремния дополнительно содержит наночастицы серебра в поровом пространстве, а термостабилизирующий слой представляет собой слой макропористого кремния с наночастицами оксида железа в поровом пространстве.