Ученые ТПУ завершают совместный с коллегами из Китая проект по разработке быстрого и экономичного способа получения порошков оксида железа для создания материалов, поглощающих электромагнитное (сверхвысокочастотное, СВЧ) излучение. Проведя ряд экспериментов, политехники выяснили, что порошки оксида железа, которые получают в ТПУ, лучше сохраняют свои свойства при повышенных температурах. Это может позволить применить их в качестве маскирующих покрытий обшивки военной техники, делая ее невидимой для радаров. Кроме того, эти материалы можно использовать для защиты оборудования от электромагнитных высокочастотных помех.
Фото: макеты маскирующих и защитных покрытийНапомним, исследование велось с коллегами из Цзилиньского университета (Китай) в рамках совместного гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) на 2017–2018 годы. В рамках проекта ученые ТПУ уже успешно синтезируют порошки оксида железа различного фазового состава, включая магнетит, а также очень редкую эпсилон-фазу оксида железа. Для этого они применяют метод, позволяющий получать порошки менее чем за одну миллисекунду. Кроме того, способ ТПУ ресурсоэффективен: оксиды железа получают из стали, используемой для изготовления водопроводных труб, на уникальной установке, разработанной в университете.
«В 2018 году мы уделили особое внимание изучению поглощающих свойств синтезированных материалов. Для этого с использованием наших порошков изготавливались макеты маскирующих и защитных покрытий», — говорит участник исследования, ассистент отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики Иван Шаненков.
Полученные образцы исследовались с помощью специального частотного анализатора с различными вариантами работы, среди которых, например, имитация стелс-технологий для покрытия радиопоглощающим слоем корпуса корабля или самолета. Покрытия исследовались в различных режимах, учитывающих разные толщину, коэффициент наполнения, варианты наполнителей и другие параметры, влияющие на эксплуатационные характеристики. Проведенный комплекс исследований позволил выяснить, что у магнетита, получаемого в ТПУ, есть интересные преимущества перед имеющимися аналогами. Так, по словам ученых, в Томском политехе научились получать частицы особой формы, благодаря чему значительно улучшаются эксплуатационные свойства.
«Особая форма — полый "шарик" — помогает не только уменьшить вес порошка, но и сохранить необходимые характеристики при достаточно больших температурах. Например, установлено, что наш материал не теряет свойства, ответственные за поглощение электромагнитного излучения, вплоть до температуры 700 градусов Цельсия. Это значительно превышает характеристики аналогичных покрытий, изготовленных на основе китайского нанопорошка и схожего с нашим по форме, но цельного внутри российского коммерческого порошка.
Проведение серии экспериментов по термической стойкости в воздушной атмосфере показало, что аналоги теряют свои магнитные и, соответственно, поглощающие свойства уже при температуре 500 градусов. Этот эффект связан с особенностями структуры, видоизменяющейся при нагреве. Известно, что магнетит при увеличении температуры переходит в наиболее стабильную фазу гематита – по сути, обычную ржавчину. В случае с использованием магнетита, изготовленного в ТПУ, из-за особой формы частиц при нагреве этот процесс существенно замедляется. Детальные исследования позволили установить, что это связано с образованием на внутренней и внешней границах полых сфер защитных слоев, которые сохраняют нетронутым материал в объеме. Такая форма частиц отчасти напоминает "сэндвич"», — поясняет ученый.
Полную версию рассказа о научном проекте читайте в газете «За кадры».