Filmes finos metálicos absorvedores de radiação eletromagnética aplicados à tecnologia furtiva

Abstract

Os materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE) promovem a atenuação da energia eletromagnética incidente por meio da transformação desta energia sob a forma de calor, através de processos intrínsecos de perda. Os MARE são amplamente utilizados na solução de problemas relacionados com processos de interferência e compatibilidade eletromagnética. Sua aplicação abrange diversos setores, como o aeroespacial, defesa, médico e automotivo, por exemplo. No setor aeroespacial, os MARE são aplicados no desenvolvimento de tecnologia furtiva, a qual torna uma aeronave imperceptível aos radares de detecção em faixas de frequências específicas. No desenvolvimento de aeronaves, um requisito importante é a utilização de materiais leves e de fácil conformabilidade, devido, principalmente, às limitações de peso e à necessidade de manobrabilidade. Dentro desse panorama, os filmes finos metálicos surgem como uma solução tecnológica para essa situação, pois possuem baixa densidade e espessuras na ordem de dezenas de nanômetros. Devido ao fato desta tecnologia possuir um cunho estratégico e de soberania nacional, o acesso aos MARE é limitado, tendo um rígido controle de sua comercialização, sendo esse mais um fator importante para o estudo de MARE no Brasil. O estudo da eficiência de filmes finos metálicos como MARE aos níveis nacional e internacional é recente. O presente trabalho está inserido em um projeto de pesquisa conjunto entre a UFSC e o Instituto de Aeronáutica e Espaço. Neste projeto, filmes finos metálicos de diferentes materiais foram obtidos e estudados quanto à sua capacidade de atenuarem a radiação eletromagnética na faixa de frequências de micro-ondas (8-12 GHz). Verificou-se, porém, que algumas alterações na continuidade dos recobrimentos atuavam de forma significativa na resposta do material quanto à atenuação. Neste sentido, no presente trabalho de conclusão de curso realizou-se um estudo da capacidade de atenuação de radiação eletromagnética de filmes finos metálicos de alumínio, depositados sobre substratos do tipo malha com diferentes espaçamentos entre dois nós consecutivos, obtidos pela técnica de Magnetron Sputtering. Investigou-se a influência da configuração do substrato no processo e na amplitude da atenuação apresentada pelo conjunto filme/substrato e compararam-se estes resultados com os obtidos para os filmes finos contínuos. Os resultados demonstraram que a espessura do recobrimento e a configuração do substrato alteram de forma significativa a amplitude e a frequência na qual a atenuação é mais pronunciada. Amplitudes de atenuação de até 90% foram obtidas para filmes finos com espessuras da ordem de 50 nm depositados em substratos com espaçamentos de 1,68 mm entre nós consecutivos. Estes resultados demonstram que a alteração na continuidade do substrato apresenta grande importância para a ampliação da eficiência dos MARE constituídos de filmes finos metálicos.

The radar absorber materials (RAM) promote the attenuation of the electromagnetic energy incident by the transformation on to heat through intrinsic loss processes. The RAM are widely used as solution of problems related to the processes of electromagnetic interference and compatibility. Its application covers several sectors, such as the aerospace, defense, medical and automotive. In the aerospace sector the RAM are used in the development of stealth technology, which makes an aircraft imperceptible to detection radars in specific frequency bands. In the aircraft development, an important requirement is to use light materials and with easy formability, due mainly to the limitations of weight and the need of maneuverability. In this panorama, the metallic thin films arise as a technological solution for this situation, because they have low density and thickness in the order of tens of nanometers. Due to the fact that this technology has a strategic nature and national dominion, the access to the RAM is limited, having a hard control of its commercialization, being another important fact for the RAM studies in Brazil. The study of efficiency of metallic thin films as RAM in a national level is recent. The present work is inserted in research project collaboration between UFSC and the Space and Aeronautics Institute. In this project, metallic thin films of different materials were obtained and studied for their ability in attenuating the electromagnetic radiation in frequency bands of microwaves (8-12 GHz). It has been found, however, that some changes in the continuity of coatings were acting in a significant way in the material response when related to the attenuation. In this way, in the present course conclusion work it was studied the attenuation capacity of electromagnetic radiation of aluminum metallic thin films, deposited by Magnetron Sputtering technique over substrates of mesh type with different spacing between consecutive nodes. It was investigated the substrate configuration influence in the process and in the amplitude attenuation presented by the set film/substrate and these results were compared to the ones obtained for the continuous thin films. The results show that the thickness of covering and the substrate configuration change in a significant way the amplitude and frequency in which the attenuation is more pronounced. Amplitudes of attenuation until 90% were obtained for thin films with thicknesses in order of 50 nm deposited in substrates with spacing of 1,68 mm between consecutive nodes. These results demonstrate that the change in the substrate continuity presents great importance to the increase of efficiency of RAM constituted by metallic thin films.