Исследователи из Южной Кореи разработали композитную плёнку толщиной всего 17,5 микрометра, которая одновременно обеспечивает электромагнитное экранирование, низкую видимость в инфракрасном диапазоне и высокую механическую прочность. Материал создан командами Korea Institute of Materials Science и Korea Institute of Science and Technology и может применяться в авиации, беспилотных летательных аппаратах, космической технике и компактной электронике, где обычные металлические экраны становятся слишком тяжёлыми и негибкими.

Результаты опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials. Плёнка продемонстрировала эффективность электромагнитного экранирования на уровне 92,8 дБ в X-диапазоне и 97,4 дБ в Ka-диапазоне. Это соответствует ослаблению проходящего сигнала более чем на 99,9999999%. При этом материал примерно в пять раз тоньше человеческого волоса.

Важно уточнить, что такие цифры отражают суммарное ослабление электромагнитного поля за счёт отражения и поглощения, а не полное поглощение радарных волн. Авторы исследования выделили значительный вклад механизма отражения, поэтому корректнее говорить о почти полном подавлении сигнала, проходящего сквозь плёнку, а не о поглощении всех радиоволн. Это означает, что материал отражает большую часть электромагнитного излучения, а не преобразует его в тепло.

Плёнка состоит из углеродных нанотрубок и двумерного соединения Ti₃C₂Tₓ из семейства MXene. Внутренняя структура напоминает кирпичную кладку: выровненные углеродные нанотрубки выступают в роли «кирпичей», а листы MXene заполняют промежутки и служат проводящим «раствором».

Перед производством поверхность нанотрубок обработана аминогруппами для лучшего сцепления с MXene. Затем волокна непрерывно пропускались через раствор MXene и укладывались рядом. Такая структура предотвращает скольжение волокон относительно друг друга и одновременно создаёт непрерывные электропроводящие каналы.

Электропроводность гибридной плёнки составила 9236 См/см, а прочность при растяжении достигла 1,02 ГПа — показатель, сопоставимый с некоторыми высокопрочными сталями.

Второе преимущество материала связано с инфракрасным излучением. Слой MXene имеет низкую излучательную способность в инфракрасном спектре, поэтому поверхность испускает меньше тепла и хуже обнаруживается тепловизорами. Испытания при температурах от 20 до 300 °C показали, что эффект сохраняется во всём диапазоне.

Каждый компонент по отдельности хуже справляется с задачей. Углеродные нанотрубки легки и прочны, но из них сложно производить большие однородные плёнки, и они остаются относительно видимы в инфракрасном диапазоне. MXene обеспечивает хорошую электропроводность и тепловую маскировку, но самостоятельные плёнки из этого материала получаются более хрупкими и могут деградировать под воздействием влаги и других факторов окружающей среды.

Испытания подтвердили, что гибридный материал сохраняет все ключевые свойства при повышенной температуре, влажности и после механических деформаций. Разработчики рассчитывают, что такой универсальный набор характеристик позволит заменить несколько отдельных защитных слоёв одной тонкой оболочкой.

Авторы видят военное применение прежде всего в защите электронных компонентов и снижении инфракрасной заметности истребителей, разведывательных самолётов и беспилотников. Однако они пока не продемонстрировали использование плёнки как полноценного радиопоглощающего покрытия для снижения видимости в радарах. Для настоящей радиолокационной малозаметности недостаточно просто блокировать сигнал внутрь конструкции: сильное отражение в сторону источника радара может, наоборот, облегчить обнаружение цели.

Южнокорейская разработка не пытается решить эту задачу через одно покрытие, а вместо этого объединяет электромагнитное экранирование с подавлением теплового излучения.

Гражданское применение выглядит столь же перспективным. Тонкая проводящая плёнка может защищать компоненты смартфонов, носимых устройств, складной электроники и оборудования для сетей 5G и 6G от взаимных электромагнитных помех без тяжёлого металлического корпуса. Это становится особенно полезным по мере роста числа радиомодулей и высокочастотных компонентов в компактных устройствах.

Авторы адаптировали метод для непрерывного изготовления плёнки, что упрощает переход к промышленному производству в больших объёмах. KIMS готовит патенты и начинает испытания материала в реальных компонентах. Две технологии производства углеродных нанотрубочных волокон, лежащие в основе проекта, уже передаются промышленным партнёрам.