Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) выяснили, что порошки оксида железа, полученные по специальной методике, лучше поглощают электромагнитное (сверхвысокочастотное, СВЧ) излучение 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. Статья ученых опубликована в Journal of Alloys and Compounds.

В рамках проекта, поддержанного Российским фондом фундаментальных исследований, 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 один из авторов 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 полученного магнетита есть интересные преимущества перед имеющимися аналогами. Так, по словам ученых, он имеет 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 700°C. 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°C. 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, 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.