In the modern warfare, to obtain superiority in battlefield, stealth technology should be applied aircrafts and weapons. Stealth technology can improve survivability and performance. Stealth technology is minimization of acoustic signature, optical signature, infra-red signature and electronic signature. Among them, minimization of electronic signature is the most important. It can be realized several ways which are stealth shaping design, radar absorbing material (RAM) and radar absorbing structures (RAS).
In this study, research objective is design and fabrication of RAS with carbon nanoparticles added kevlar fiber reinforced compoisite for Ku-band (12.4 - 18 GHz). Multi-walled carbon nanotube(MWNT) and graphene was chosen as carbon nanoparticle and compare dispersion methods which were ultrasonication and homogenizer method and three-roll-mill method. Three-roll-mill method showed high degree of dispersion. So weight percent of carbon nanoparticle in epoxy can increase without aggregation problem. Weight percent of carbon nanoparticle is much higher than other studies. Using three-roll-mill, the carbon nanoparticle added epoxy specimens were made to acquire the permittivity and the tensile properties. Permittivity was obtained by network analyzer and rectangular waveguide. And then, Kevlar/MWNT/epoxy and Kevlar/Graphene/epoxy composites were made to acquire the permittivity. To demonstrate validity of Kevlar fiber reinforced composite for RAS, glass/epoxy composite and Kevlar/epoxy composite specimens was made to compare tensile properties. Tensile strength of Kevlar/epoxy composites is much higher than glass/epoxy and tensile stiffness of Kevlar/epoxy composites is almost same or higher. Generally, Kevlar fiber has low density, so much lighter than glass/epoxy composites. It has many advantages to make lightweight structures. Finally, Cole-Cole plot at 15 GHz was obtained by non-reflection equation. After that, 1.81 mm of MWNT 1.4 wt% added kevlar fiber reinforced composite and 2.12 mm of graphene 9 wt% added kevlar fiber reinforced composite was made and their -10 dB bandwidth were 13.44 - 18 GHz (4.56 GHz), 12.89 - 18 GHz (5.11 GHz) respectively.
현대전에서는 전장에서 우위를 점하기 위해 스텔스 기술이 반드시 적용되어야 한다. 스텔스 기술은 생존성과 임무수행능력 향상을 기대할 수 있다. 스텔스 기술이란 음향 신호, 광학 신호, 적외선 신호 그리고 전자기파 신호를 최소화 시키는 기술을 말한다. 이중 전자기파 신호를 최소화 하는 기술이 핵심으로 꼽힌다. 전자기파 신호를 최소화 하는 기술은 스텔스 형상 설계, 전자기파 흡수 물질, 전자기파 흡수 구조체가 있다.
본 연구에서는 탄소나노입자가 첨가된 케블라 섬유강화복합재료를 이용하여 Ku-band (12.4 - 18 GHz)에서 RAS를 설계하고 제작하였다. MWNT와 그래핀을 에폭시내에 분산 시켰으며, 초음파 분산법과 균질기를 이용한 분산법 그리고 three-roll-mill을 이용한 분산법을 비교 하였다. three-roll-mill을 이용한 분산법이 가장 우수한 분산을 보여주었으며, 높은 탄소 함량에서도 탄소나노입자의 응집을 관찰 하기 어려웠다. 이에 따라 본 연구에서는 다른 연구들에 비하여 높은 탄소 함량이 가능하였다. 탄소나노입자를 에폭시에 첨가하여 종류와 함량별 유전율의 변화를 살펴보았으며, 인장 특성도 살펴보았다. 유전율을 네트워크 분석기와 사각 도파관을 이용하여 수행하였다. 그리고 Kevlar/MWNT/epoxy, Kevlar/Graphene/epoxy 복합재료를 제작하여 유전율을 얻었으며, 케블라 복합재료의 유리섬유 대체 가능성을 알아보기 위하여 인장실험을 수행하여 대체 가능성을 확인하였다. 일반적으로, 케블라 섬유는 낮은 밀도로 유리섬유에 비하여 경량화에 유리한 이점을 가지고 있다. 최종적으로 Cole-Cole plot을 이용하여 15GHz에서 RAS를 설계하고 제작하였다. 제작된 시편은 MWNT의 경우 MWNT 1.4 wt%가 포함된 1.81mm 케블라 섬유강화 복합재료였으며, 그래핀의 경우 그래핀 9 wt%가 포함된 2.12mm 케블라 섬유강화 복합재료였다. -10 dB 흡수대역은 MWNT의 경우 13.44-18GHz(4.56 GHz), 그래핀의 경우 12.89-18 GHz(5.11 GHz) 였다.
