Infrared low observable material design, synthesis and characterization
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji Ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AHMET KESKİN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hüsnü Emrah Ünalan
Eş Danışman: Alpan Bek
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Kızılötesi düşük görünürlük teknolojisi, kızılötesi arama ve takip sistemlerinin sahada verimli operasyonlar gerçekleştirmesi ile birlikte havacılık ve savunma endüstrisinde ön plana çıkmıştır. Elektromanyetik prensipler doğrultusunda malzeme bilimi ve mühenisliğine dayalı uçak yüzeyine uygulanan kaplamalar için geliştirilen pigment malzemeleri bu konuda kritik rol oynamaktadır. Bu bağlamda, malzemenin kızılötesi radyasyon oranını belirleyen emisivite parametresi göz önünde bulundurularak, literatürde kızılötesi düşük-emisvite partikül çalışmaları yapılmıştır. Partikül çalışmalarında, 8-14 µm kızılötesi dalga boyu aralığında düşük görünür yapılar elde edilse de, düşük görünürlük gereksinimlerinden olan radar ve görünür bölge görünmezliği en büyük zorluğu oluşturmuştur. Çoklu dalga boyu aralığında düşük görünürlük sağlamak için geliştirilen çekirdek-kabuk partiküller bu konudaki verimli çalışmalar olmuştur. Literatürde bu konuda yapılan çalışmalarda, radar ve görünür bölge için verimli sonuç alınsa da yeterince düşük kızılötesi emisivite elde edilememiştir. Bunun yanında, literatürde geliştirilen parçacıkların kaplama formundaki verimliliğinin araştırıldığı kısıtlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada, kızılötesi düşük emisivite çekirdek-kabuk parçacıkların geliştirilmesine odaklanılıp, bunun yanında radar ve görünür bölge yansıtma oranları da göz önünde bulundurulmuştur. İlk adımda, çekirdek-kabuk parçacıkların geliştirilmesi için literatürde bulunan çalışmalardan aday malzemeler araştırılmış, çekirdek için bu konudaki en verimli malzeme olan alüminyum, kabuk için Fe3O4, SiO2, TiO2 ve ZnO belirlenmiştir. Belirlenen malzemelerin kabuk kalınlığına göre, metal çekirdek - metal oksit kabuk formunda aynı şartlardaki simülasyon ortamında kızılötesi yansıtma performansları FDTD metodu ile analiz edilmiş, Al/ZnO çekirdek-kabuk partikül, tüm kalınlıklardaki en yüksek performansı göstererek, sentez malzemesi olarak belirlenmiştir. Solvotermal sentez yöntemi ile sıcaklık ve Zn molar oranına göre üretilen Al/ZnO parçacıkların XRD, SEM-EDX yöntemleri ile yapısal analizleri gerçekleştirilmiş, malzeme doğrulanmıştır. Malzemeler, havacılık standartlarındaki poliüretan ile birleştirilip, malzeme kompozit haline getirilmiştir. İlk olarak, toz ve kompozit malzemelerin 8-14 µm FTIR spektrometresi soğurma ve yansıtma performansları incelenmiş, sonrasında UV-Vis spektrofotometresi ile malzemelerin görünür bölge yansıtma oranları araştırılmıştır. Toz malzemelerden %0.48 yansıtma oranına sahip alüminyuma en yakın performans gösteren %1.66 en düşük soğurma oranı ile 0.005 mol Zn oranına sahip ve 150 C reaksiyon sıcaklığı ile sentezlenen, pulcuk morfoloji içeren Al/ZnO çekirdek-kabuk malzeme, alüminyum plaka ve cam altıklara kaplanan kompozit formda da uyumlu sonuçlar vermiştir. Kompozit malzemelerin 60, 80 ve 100 C° sıcaklıklarda termal görüntüleme testleri yapılmış, 0.888 emisivite değerine sahip Al-bazlı malzemeye en yakın değeri 0.931 ile Al/ZnO kompozit vermiştir. Son olarak malzemenin ağırlıkça kompozit dolgu oranına göre emisivite oranındaki değişim incelenmiştir. Ağırlıkça 2/1 partikül/bağlayıcı oranındaki kompozit malzemelerden en düşük Al partiküllü 0.724, Al/ZnO partiküllü olan ise 0.805 emisivite değeri elde edilmiştir. Ayrıca, aynı dolgu oranındaki saf Al ve Al/ZnO bazlı kompozitlerden, çekirdek kabuk oranı artırıldığında, saf alüminyuma göre daha düşük emisivite değerinin elde edildiği kanıtlanmıştır. En düşük emisivite değerini veren kompozit malzemelerin X-band radar soğurma performansları incelenmiş, core/shell parçacığa sahip kompozit malzemelerden, %51 ile alüminyum bazlı kaplamalara göre %10 düşük yansıtma oranı elde edilmiştir. Bu çalışmada, alüminyum partikül üzerinde büyütülen ZnO nanoparçacıkları ile, kızılötesi düşük emisivite partiküller üretilmiş, bunun yanında görünür bölge ve radar soğurma performansları alüminyuma göre iyileştirilmiştir. Sonuç olarak, görünmezlik teknolojisinin tüm gereksinimleri göz önüne alındığında, LWIR düşük radyasyon sağlamanın yanı sıra, çekirdek-kabuk yapıların radar ve görünür bölge düşük görünürlüğü karşılamak için umut verici malzemeler olduğu kanıtlanmıştır.