Tecnologia Stealth grazie all'esaferrite di bario e alla polvere di rame ultrafine nella vernice
Dal 2008 è stata condotta un'intensa ricerca con un'ampia varietà di additivi in un'ampia varietà di combinazioni al fine di sviluppare vernici che conferiscano al loro supporto metallico uno strato mimetico che assorbe i radar. Nel 2022 è stato pubblicato un test molto interessante utilizzando esaferrite di bario e polvere di rame ultrafine in combinazione, che ha assorbito i raggi radar di un terzo. Nel 2023 è stata improvvisamente venduta una quantità di polvere di rame ultrafine quattro volte superiore a quella dell’anno precedente.
La tecnologia
I materiali compositi polimerici si sono fatti strada in tutti gli ambiti della nostra vita grazie al loro peso ridotto, alla facilità di lavorazione e alla loro straordinaria combinazione di proprietà. Tanto che questi materiali possono essere trovati nei viaggi spaziali, nell’aviazione e persino nell’industria della difesa. In questo contesto è stato discusso l'uso di compositi polimerici per applicazioni di assorbimento radar. Il radar è un sistema di rilevamento di oggetti che utilizza le onde elettromagnetiche per determinare informazioni quali distanza, altezza, direzione o velocità degli oggetti. Questo sistema è in grado di rilevare sia oggetti in movimento come aerei, navi e automobili, sia oggetti fissi come la terra. Le informazioni sulle formazioni meteorologiche possono essere ottenute anche utilizzando il radar. Questa tecnologia, che ha rivoluzionato la guerra aerea e marittima, è uno degli sviluppi tecnologici più importanti della Seconda Guerra Mondiale. Infatti, il termine RADAR fu coniato dalla Marina degli Stati Uniti nel 1940 come abbreviazione di RAdio, Detection, And Ranging. Successivamente acquistò importanza non solo per applicazioni militari e di polizia, ma anche per manovre e rilevamenti di volo e raccolta di dati meteorologici.
Se guardi come funziona il radar, sembra essere abbastanza semplice: un segnale viene inviato, rimbalza su un oggetto e questo segnale riflesso viene poi captato da una sorta di ricevitore. Si basa sullo stesso principio dell'eco del suono su una parete. Tuttavia, nel sistema radar non viene utilizzato il suono come segnale, ma vengono utilizzate le microonde. La forza di riflessione e rifrazione di queste onde dipende dalle proprietà e dalla superficie del materiale da cui viene inviato il segnale. Se il segnale radar colpisce una superficie perfettamente piana, il segnale viene riflesso in una direzione. Quando colpisce una superficie irregolare, viene riflesso in più direzioni e solo una piccola parte del segnale originale viene rimandata al ricevitore. Un altro modo per ridurre il segnale riflesso è che il segnale venga assorbito dal materiale che attraversa. I materiali che assorbono i radar che conosciamo hanno un meccanismo che intrappola al loro interno i segnali radar in arrivo e ne impedisce la riflessione. Le forme più antiche di questi materiali furono utilizzate dai tedeschi durante la seconda guerra mondiale.
L'esaferrite di bario e la polvere di rame ultrafine sono stati utilizzati per la produzione di rivestimenti compositi che assorbono i radar. Le polveri di esaferrite di bario sono state sintetizzate utilizzando il metodo sol-gel e utilizzate come materiale di partenza per il processo di sintesi. Dopo il processo di sintesi, le miscele sono state preparate aggiungendo esaferrite di bario e polvere di rame ultrafine in quantità diverse ad una resina poliuretanica (per determinare la dipendenza dalla concentrazione). Applicando queste miscele sulle superfici di substrati di vetro e metallo, sono stati ottenuti rivestimenti con uno spessore di 3 mm. Sono stati poi asciugati all'aria a temperatura ambiente.
Osservando la morfologia dell'esaferrite di bario, si può vedere che ha particelle placcate con bordi lisci e la dimensione media delle particelle è di circa 5 μm. Il rame è costituito da particelle relativamente grandi con dimensioni comprese tra 7 e 10 μm.
Il valore di assorbimento radar del campione contenente il 5% di esaferrite di bario e il 10% di polvere di rame ha assorbito al massimo l'11,38%, mentre il valore di assorbimento del campione con più rame è aumentato e ha superato il 12%. Un valore massimo può teoricamente essere superiore all'80% di assorbimento.
Per quanto riguarda il meccanismo del rame, il rame non assorbe le onde elettromagnetiche. Il meccanismo di assorbimento radar nel rame è leggermente diverso da quello nell'esaferrite di bario. Quando l'onda elettromagnetica colpisce la superficie del rame, il campo elettrico spinge i portatori di carica (elettroni) a produrre una corrente alternata. Quando le onde elettromagnetiche colpiscono la superficie del rame, gli elettroni liberi oscillano al variare del campo elettrico e magnetico, creando una corrente elettrica. La corrente alternata generata crea un campo magnetico alternato all'interno e attorno al conduttore. In questo caso si crea una controforza elettromagnetica che costringe i portatori di carica a rimanere sulla superficie del conduttore. Ciò significa che le loro onde elettromagnetiche vengono assorbite dagli elettroni nel metallo o si propagano nella stessa direzione. Allo stesso tempo, parte dell'energia elettromagnetica viene persa sotto forma di calore.
Dall’esame di questi risultati emerge che i rivestimenti rinforzati con ferrite di bario e polvere di rame presentano valori di saturazione magnetica più elevati rispetto ai singoli strati. All'aumentare della quantità di esaferrite di bario e rame, aumenta il valore di assorbimento del radar. Quindi l'aggiunta di esaferrite di bario e rame ha prodotto una buona sinergia in termini di aumento del potere di assorbimento. Questa sinergia è dovuta al fatto che gli additivi contribuiscono separatamente al composito con le loro proprietà magnetiche ed elettriche. Pertanto, il meccanismo di ciascun additivo è stato attivato e le prestazioni di assorbimento radar sono state aumentate in modi diversi.
Il mercato delle polveri di rame
La polvere di rame viene prodotta sempre più in Russia, Canada e Cile. In Canada e Cile viene prodotta principalmente polvere biologica, quasi rotonda, che è di casa anche nelle applicazioni farmaceutiche. In Russia la polvere di rame viene prodotta quasi esclusivamente per applicazioni tecnologiche.
Con la (calda) guerra iniziata dalla Russia contro l’Ucraina nel 2022, il mercato è cambiato in molte aree del commercio globale. Le banche occidentali accettano solo occasionalmente trasferimenti provenienti dalla vendita di beni russi. Migliaia di aziende russe si sono ristrutturate e hanno smantellato le loro aziende in Russia per ricostruirle nei paesi vicini, semplicemente hanno spostato le loro macchine o addirittura hanno ricominciato da capo all'estero. Di conseguenza, oggi vediamo produttori di polvere di rame lungo il confine russo, dall’Estonia al Kazakistan.
Poiché la maggior parte dei produttori di polveri metalliche ultrafini sono nostri clienti, siamo in una posizione abbastanza buona per monitorare il mercato delle polveri di rame ultrafini. Assistiamo sempre più alla vendita di grandi quantità. Nel 2018, abbiamo stimato il commercio globale in circa 20 tonnellate. Nel 2023 solo noi avremo visto passare di mano oltre 60 tonnellate. Ciò significa che si può ipotizzare un volume commerciale annuo attuale di circa 100 tonnellate.
Poiché negli ultimi cinque anni il fabbisogno di polvere di rame in altri campi di applicazione non è aumentato nella stessa misura, presupponiamo un nuovo attore: l'esercito. I campi di applicazione più noti della polvere di rame sono: elettronica, semiconduttori, rivestimenti antibatterici, stampa 3D, prodotti farmaceutici, produttori di vernici. Per l’esercito le possibili applicazioni sarebbero quasi illimitate. Tutto, dai satelliti ai trasportatori di truppe, potrebbe essere invisibile ai radar moderni. Questo vantaggio tattico potrebbe valere miliardi di dollari per le forze armate mondiali. Continueremo a monitorare il mercato e a riferire.
ISE AG – aprile 2024
