Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов и метрологического обеспечения экспресс диагностики электромагнитных параметров наноматериалов с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов

Докладчик: Сахаров Константин Юрьевич

Должность: Начальник лаборатории, начальник лаборатории

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение задач предоставления научно-исследовательским организациям и промышленным предприятиям новых и эффективных методов и средств проведения исследований радиопоглощающих наноматериалов, а также ускорения и снижения себестоимости процесса разработки и производства радиопоглощающих наноматериалов. 2. Целью проекта является обеспечение возможности проведения экспресс-диагностики поглощающих и отражающих параметров радиопоглощающих наноматериалов с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В результате выполнения работы планируется:
- разработать сверхкороткоимпульсный метод определения поглощающих и экранирующих свойств наноструктурированных композиционных радиопоглощающих материалов в частотном диапазоне 100 МГц – 40 ГГц;
- разработать эскизную конструкторскую документацию и создать экспериментальный образец установки экспресс диагностики параметров наноматериалов с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов;
- изготовить образцы композиционных наноструктурированных радиопоглощающих материалов;
- разработать методики проведения экспериментальных исследований наноструктурированных покрытий и материалов на установке экспресс диагностики;
- провести экспериментальные исследования наноструктурированных покрытий и материалов и произвести оценку эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
- разработать рекомендации по возможности использования результатов работы в реальном секторе экономики

2. Исследования по зондированию радиопоглощающих наноматериалов сверхширокополосными электромагнитными импульсами будут проведены в частотном диапазоне 100 МГц – 40 ГГц с короткой длительностью фронта до 10 пс. Будут разработаны методы обработки падающего, отраженного или прошедшего импульсов поля, обеспечивающие скоростные измерения (практически мгновенно за один импульс поля, без каких-либо перестроек и регулировок излучателей и приемников поля) экранирующих и поглощающих характеристик наноматериалов во всем диапазоне частот, что позволит реализовать оперативный процесс экспресс диагностики радиопоглощающих наноматериалов, например, при их поточном производстве.

3. Новизна предлагаемого к разработке метода диагностики радиопоглощающих наноматериалов заключается в аппаратурно-методической реализации процессов генерирования зондирующих электромагнитных импульсов со сверхкороткой длительностью фронта до 10 пс и равномерным спектральным составом, а также прецизионного измерения их параметров. Впервые будет решена задача метрологического обеспечения измерения электромагнитных параметров радиопоглощающих наноматериалов методом зондирования сверхширокополосным электромагнитным импульсом при длительности фронта менее 10 пс. Это позволит осуществлять экспресс диагностику в частотном диапазоне до 40 ГГц и не потребует наличия безэховой камеры и больших размеров объектов, что существенно экономит средства на изготовление новых радиопоглощающих наноматериалов.

4. Метод сверхширокополосного зондирования широко применяется для задач определения характеристик радиопоглощающих материалов. Отличие разрабатываемого метода заключается в аппаратурно-методической реализации процессов генерирования зондирующих электромагнитных импульсов со сверхкороткой длительностью фронта до 10 пс (в известных установках достигаются временные характеристики зондируемых импульсов только до 50 пс), а также в реализации метрологического обеспечения измерения параметров зондирующих импульсов с помощью государственного специального первичного эталона ГЭТ 178-2009.

5. Для реализации методов и метрологического обеспечения экспресс диагностики электромагнитных параметров радиопоглощающих наноматериалов предлагается создание экспериментального образца установки, которая обеспечивает измерение коэффициентов отражения и прохождения (поглощения) наноматериалов в области радиочастот. Основу установки должен составить комплекс излучателя и приемника сверхкоротких электромагнитных импульсов (СК ЭМИ). В качестве излучателя предполагается использовать сверхширокополосную антенну, возбуждаемую генератором импульсов напряжения со сверхкоротким фронтом. В качестве приемника предполагается использовать измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля (патент ВНИИОФИ) с выходом на стробоскопический осциллографический регистратор. Измерение коэффициентов отражения наноматериала проводится следующим образом:
- отражение от наноматериала сравнивается с отражением от металлического листа;
- регистрируется форма импульсов и рассчитываются их спектры;
- коэффициент отражения рассчитывается как частное деление амплитудных спектров. Расчет коэффициента поглощения производится по аналогичной формуле исходя из спектров падающего и прошедшего импульсов поля.













Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения:
- авиастроение. Создание новых нанокомпозитных радиопоглощающих материалов для авиационно-космических технологий уменьшения радиозаметности. Реализация технологии "Стэлс" для самолетов 5-го поколения (включая высокотемпературные покрытия для сопла двигателя) путем внедрения новых нанокомпозитных радиопоглощающих широкополосных покрытий, полученных с использованием метода экспресс диагностики.
- производство товаров индивидуального потреблении. Создание защитных экранирующих материалов;
- медицина и здравоохранение. Экранирование помещений для магниторезонансной терапии и т.п.;
- контроль и улучшение окружающей среды. Создание электромагнитной среды, обеспечивающей уменьшение влияния на человека и технические средства электромагнитных излучений.

2. Планируется внедрение разработанной в процессе ПНИ Методики экспресс диагностики электромагнитных параметров радиопоглощающих наноматериалов с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов в опытное производство новых наноматериалов. Предполагается постановка ОКР по разработке установок экспресс диагностики радиопоглощающих наноматериалов для серийного изготовления.
Будут проведены сертификационные испытания установки экспресс диагностики с целью утверждения типа в качестве средств измерений. После чего, она будет внесена в Государственный Реестр РФ средств измерений. Проведение данного мероприятия позволит выйти на рынок установкам экспресс диагностики наноматериалов.

3. Планируемые результаты работы окажут влияние на развитие научно-технических и технологических направлений создания новых конструкционных наноматериалов для электромагнитных применений. Радиопоглощающие материалы на основе нанокомпозитов по сравнению с традиционными материалами требуют новых подходов в измерении их параметров, важным из которых является экспресс диагностика радиопоглощающих наноматериалов, которая позволяет осуществлять их тестирование при поточном производстве в реальном режиме времени. Как правило, в процессе разработки радиопоглощающих наноматериалов с новыми свойствами первоначально изготавливается единичный образец материала, с которым проводятся исследования. Вследствие уникальности образца стоимость его изготовления велика и напрямую зависит от размеров образца. В некоторых случаях технология создания наноматериалов малыми партиями вообще не позволяет создавать образцы с большими размерами. Предлагаемый к разработке экспресс метод диагностики с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов за счет временной селекции не требует больших размеров зондируемых объектов и специальных безэховых помещений, что позволит существенно уменьшить стоимость разработки новых радиопоглощающих наноматериалов, а также время из изготовления при поточном производстве.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2. Рассмотрены аспекты разработки перспективных радиопоглощающих материалов с новыми свойствами путем применения в них нанокомпозитов, а также методы и средства их диагностики с использованием узкополосных и сверхширокополосных электромагнитных излучений.
3. Проведены патентные исследования по теме ПНИ.
4. Начаты работы по выбору направлений исследований по разработке методов
экспресс диагностики электромагнитных параметров радиопоглощающих наноматериалов с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов в частотном диапазоне 100 МГц - 40ГГц.
5. Определены схемные решения создаваемой установки экспресс диагностики электромагнитных параметров радиопоглощающих наноматериалов.
6. Выбраны электродинамические структуры приемников и излучателей, перспективные для ее реализации.
7. Определен состав макетов излучателей и приемников сверхкоротких
электромагнитных импульсов, подлежащих макетированию.
8. Разработаны методы экспериментального исследования создаваемых макетов.
9. Проведены экспериментальные исследования макетов, на основе которых выбраны основные электродинамические структуры для излучающего и приемного модулей разрабатываемого экспериментального образца установки экспресс диагностики параметров наноматериалов с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов.