İnce film kaplama yöntemleriyle radar soğurucu tekstil malzemelerinin tasarlanması ve üretilmesi

Abstract

Bu çalışmada ince film kaplama yöntemlerinden Atomik Katman Biriktirme (ALD) ile pamuk, polyester ve cam kumaş olmak üzere üç farklı kumaş türü kaplanarak çok katmanlı radar soğurucu tekstil malzemeleri tasarlanmıştır. Kumaşlar ALD’de 𝑍𝑛𝑂 ve 𝑇𝑖𝑂2 ile çeşitli kalınlıklarda kaplanmıştır. Kaplama işlemi gerçekleştirilen kumaşların elektromanyetik karakterizasyon ölçümleri “vektor network analizor” (VNA) kullanılarak dalga kılavuzu yöntemi ile yapılmıştır. ALD 𝑍𝑛𝑂 kaplı bazı kumaşlar fotodepezisyon yöntemiyle 𝐴𝑔𝑁𝑂3 ve 𝐹𝑒𝑆𝑂4 ile kaplanmış, ALD 𝑇𝑖𝑂2 kaplı kumaşlar ise ayrıca 450 ℃ sıcaklıkta ısıl işleme tabi tutularak titanyum kristalleşmenin elektromanyetik geçirgenliğe olan etkileri araştırılmıştır. Ham kumaşlar da dahil olmak üzere tüm kumaşların 2-8 GHz frekans bandında, frekansa karşılık gelen elektrik ve manyetik geçirgenlik değerleri alınarak bir veri tabanı oluşturulmuş. Oluşturulan bu veriler güncel doğadan esinlenmiş optimizasyon algoritmalarından olan Gri Kurt Optimizasyon Algoritması ile optimize edilerek minimum yansıma katsayısına ve inceliğe sahip çok katmanlı radar soğurucu (ÇRS) yapılar tasarlanmıştır. ÇRS tasarımlarından en kalını 3,1 cm iken maksimum -10 dB yansıma katsayısına sahiptir. Elde edilen tasarımlar gerçekleştirilerek test edilmiştir. Yapılan bu çalışmada ilk kez ALD kaplı çeşitli kumaş türlerinin elektromanyetik karakterizasyonu incelenmiş ve çok katmanlı radar soğurucu tasarımları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kumaşlara uygulanan ALD döngü sayısı ile elektromanyetik geçirgenlik değerleri arasında anlamlı bir uyum gözlemlenmiş ve üzerinden bir bağıntı oluşturulmuştur.

In this study, multilayer radar absorbing textile materials were designed by coating three different fabric types, namely cotton, polyester and glass fabric, with Atomic Layer Deposition (ALD), one of the thin film coating methods. The fabrics were coated with 𝑍𝑛𝑂 and 𝑇𝑖𝑂2 in ALD at various thicknesses. Electromagnetic characterization measurements of the coated fabrics were realized with the waveguide method using the "vector network analyzer" (VNA). Some ALD 𝑍𝑛𝑂 coated fabrics were coated with 𝐴𝑔𝑁𝑂3 and 𝐹𝑒𝑆𝑂4 by photodeposition method and ALD 𝑇𝑖𝑂2 coated fabrics were also subjected to heat treatment at 450 ℃ to investigate the effects of titanium crystallization on electromagnetic permeability. A database was created by taking the permeability and permittivity values of all fabrics, including pristine fabrics, in the 2-8 GHz frequency band, corresponding to the frequency. These data were optimized with the Gray Wolf Optimization Algorithm, one of the current nature-inspired optimization algorithms, and multilayer radar absorber (MRA) structures with minimum reflection coefficient and thinness were designed. The thickest of the MRA designs is 3.1 cm and has a maximum reflection coefficient of -10 dB. The resulting designs were implemented and tested. In this study, the electromagnetic characterization of various ALD-coated fabric types was examined for the first time and MRA designs were realized. In addition, a significant harmony was observed between the number of ALD cycles applied to the fabrics and the permittivity/permeability values, and a correlation was established.