miniatura|direita|Uma câmara anecoica de radiofrequência utilizada para testes de compatibilidade eletromagnética (EMC)
Na ciência dos materiais, um material absorvedor de radiação (conhecido pela sigla em inglês RAM, de radiation-absorbent material), frequentemente denominado material absorvedor de radar, é uma substância especialmente desenvolvida e estruturada para absorver a radiação incidente na faixa de radiofrequência (RF) — uma forma de radiação não ionizante — com a maior eficácia possível e a partir do maior número possível de direções angulares de incidência. Quanto maior a eficiência do material, menor é a parcela de radiação de RF refletida. Diversas medições em compatibilidade eletromagnética (EMC) e análises de diagramas de irradiação de antenas exigem que sinais espúrios provenientes do arranjo de testes — incluindo ecos e reflexões nas paredes do recinto — sejam desprezíveis, evitando erros de medição e ambiguidades experimentais. Os materiais RAM são amplamente empregados em câmaras anecoicas de radiofrequência para criar recintos de teste "livres de eco".
Introdução miniatura|direita|Uma grande câmara de testes anecoica de radiofrequência com acesso para veículos (drive-in). Notar os cones alaranjados de sinalização como referência de escala miniatura|Material RAM piramidal. A pintura cinza auxilia na proteção mecânica do material absorvente
Um dos formatos mais eficazes de RAM consiste em matrizes geométricas de peças em forma de pirâmide, construídas a partir de um material dielétrico com altas perdas intrínsecas (lossy material). Para que o sistema funcione com eficiência, todas as superfícies internas da câmara anecoica devem ser inteiramente revestidas com essas estruturas. Seções do revestimento podem ser removidas temporariamente para a instalação de equipamentos, mas precisam ser repostas antes do início dos ensaios. Para apresentar perdas dielétricas e magnéticas suficientes, o material absorvedor não pode ser nem um bom condutor elétrico nem um bom isolante elétrico, uma vez que nenhum desses extremos dissipa potência eletromagnética na forma de calor. Tipicamente, o RAM piramidal é composto por uma matriz de espuma emborrachada impregnada com proporções controladas de carbono e ferro. O comprimento que vai da base até o ápice da pirâmide é dimensionado em função da menor frequência de trabalho esperada e do nível de atenuação exigido. Para a absorção de baixas frequências, essa altura atinge com frequência , ao passo que painéis voltados para altas frequências possuem alturas de apenas . Os módulos de absorção são fixados nas paredes da câmara de testes de EMC com os vértices piramidais voltados para o interior do recinto.
O RAM piramidal atenua os sinais por dois mecanismos físicos concorrentes: dispersão e absorção dissipativa. O espalhamento pode ocorrer de forma coerente — quando as ondas refletidas permanecem em fase, mas são defletidas para direções afastadas da antena receptora — ou de forma incoerente — quando as ondas que atingem o receptor encontram-se defasadas, resultando em interferência destrutiva e redução da intensidade do sinal. Esse espalhamento incoerente ocorre também no interior da própria microestrutura porosa da espuma, onde as partículas de carbono suspensas promovem interferência destrutiva em múltiplas direções. Essa dispersão volumétrica interna pode responder por até 10 dB de atenuação. Concomitantemente, os ângulos geométricos das faces piramidais são cortados para maximizar a quantidade de reflexões sucessivas que uma frente de onda executa no interior da estrutura. A cada impacto reflexivo, a onda perde energia para o material da matriz polimérica condutora, emergindo da estrutura com amplitude atenuada.
Uma alternativa comum ao formato piramidal compreende placas planas de material à base de ferrita, na forma de ladrilhos planos assentados sobre as paredes internas da câmara. Esse modelo apresenta uma largura de banda operacional menor do que o RAM piramidal e foi concebido para ser instalado diretamente sobre superfícies condutoras metálicas aterradas. Em geral, os ladrilhos de ferrita são mais duráveis, compactos e fáceis de instalar do que as espumas piramidais, mas perdem eficiência de absorção em frequências muito altas. Seu desempenho é adequado quando os ensaios se concentram em frequências mais baixas (as placas de ferrita possuem curvas de atenuação mais eficazes na faixa entre 30 e 1.000 MHz). Existem ainda sistemas híbridos compostos por ferritas moldadas em perfis piramidais compactos de cerca de , combinando a espessura reduzida da ferrita à ampla faixa de frequências das geometrias piramidais.
Para qualquer material absorvedor realizável na prática, existe um compromisso físico entre a espessura da camada e a largura de banda de absorção: a relação ótima entre espessura física e largura de banda espectral de um material absorvedor é regida pelo limite de Rozanov.
Uso na tecnologia stealth Materiais absorvedores de radar são componentes essenciais na tecnologia stealth, empregados para ocultar aeronaves, navios ou estruturas terrestres da detecção por radar. O grau de absorção de um material em determinada frequência de onda eletromagnética depende de suas propriedades constitutivas (permissividade dielétrica e permeabilidade magnética complexas). Nenhum material é capaz de absorver perfeitamente ondas de radar em todo o espectro eletromagnético; cada formulação atinge maior eficácia em faixas de frequência específicas. Um equívoco frequente consiste em supor que o uso de RAM torna um veículo invisível ao radar. Um material absorvedor pode reduzir significativamente a seção reta radar (RCS) de um alvo em bandas de radar prioritárias, mas não confere invisibilidade absoluta em todas as frequências operacionais.
História As formas pioneiras de revestimentos furtivos foram tintas absorvedoras de radar desenvolvidas durante a Segunda Guerra Mundial pelo major K. Mano, do Instituto Técnico de Tama, e pelo Dr. Shiba, da Faculdade de Engenharia de Tóquio, para o Serviço Aéreo do Exército Imperial Japonês. Foram testadas misturas compostas por óxido férrico combinado com borracha líquida, bem como formulações à base de óxido férrico, asfalto e verniz aeronáutico (dope). Embora tenham apresentado resultados satisfatórios em ensaios laboratoriais, essas tintas tiveram pouca aplicação prática em combate devido ao peso excessivo, que degradaria o desempenho de voo dos caças da época.
Por outro lado, a Marinha Imperial Japonesa reconheceu grande potencial tático em materiais antirradar, encarregando o Segundo Instituto Técnico Naval de pesquisar estruturas em camadas capazes de absorver micro-ondas em vez de simples tintas. Foram desenvolvidos compósitos estratificados de borracha e polímeros carregados com pó de carbono em proporções variáveis para amortecer e dispersar a radiação. Os resultados foram promissores na faixa de 3 GHz (banda S), mas pouco eficazes em comprimentos de onda de 3 cm (10 GHz, banda X). As pesquisas foram interrompidas em decorrência dos bombardeios aliados sobre o território japonês, sendo continuadas após o conflito por laboratórios militares norte-americanos com êxito moderado.
Em setembro de 1944, materiais desenvolvidos sob os codinomes secretos Sumpf ("pântano") e Schornsteinfeger ("limpa-chaminés") foram aplicados como revestimento em mastros de snorkel e periscópios de submarinos da Marinha da Alemanha para diminuir sua refletividade na banda de radar de 20 cm (1,5 GHz, banda L) utilizada por patrulhas navais aliadas. Esses revestimentos apresentavam estrutura em múltiplas camadas compostas por partículas de grafite e semicondutores dispersos em matriz de borracha. A sua eficácia em serviço ativo sofria redução parcial quando a superfície era atingida por borrifos de água salgada do mar.
Tipos de material absorvedor de radar (RAM)
Absorvedor de tinta de esferas de ferro miniatura|direita|O avião de ataque furtivo Lockheed F-117 Nighthawk utilizou formulações de tintas de esferas de ferro em seus revestimentos
Um dos tipos mais conhecidos de RAM é a chamada "tinta de esferas de ferro" (iron ball paint). O produto contém microesferas metálicas revestidas com ferro carbonila ou ferrita. Os campos magnéticos alternados das ondas de radar incidentes induzem oscilações moleculares na camada condutora, convertendo a energia eletromagnética das micro-ondas em energia térmica. O calor dissipado é transferido para a estrutura da aeronave e disperso pelo fluxo de ar em voo. As partículas esféricas de ferro são obtidas pela decomposição química do pentacarbonilo de ferro e contêm traços residuais de carbono, oxigênio e nitrogênio.
No caça furtivo F-117A Nighthawk, esferas de ferro carbonila isoladas eletricamente foram dispersas em uma tinta epóxi de dois componentes. Cada microesfera recebe uma cobertura de dióxido de silício que atua como isolante elétrico por processo de manufatura proprietário. Durante a produção dos painéis, com a tinta ainda em fase líquida (ferrofluido), aplica-se um campo magnético calibrado para forçar as microesferas de ferro a se alinharem em cadeias magnéticas regulares tridimensionais, preservadas quando o epóxi se cura. Essa tinta de ferro carbonila é mais eficiente quando as partículas mantêm dispersão homogênea e formam um gradiente de densidade crescente a partir da superfície externa até a base metálica.
Outro formato correlato de RAM consiste em mantas de polímero de neoprene contendo grânulos de ferrita ou partículas condutoras de negro de fumo (com cerca de 0,30% de grafite cristalino por peso seco) dispersas na matriz de borracha sintética. Essas placas emborrachadas foram coladas na fuselagem das primeiras variantes do F-117A, com as frestas entre os blocos vedadas com compostos pastosos de ferro. Em versões posteriores, a aplicação foi substituída por robôs industriais de pintura automatizada para garantir espessuras micrométricas uniformes.
A Força Aérea dos Estados Unidos desenvolveu tintas absorventes baseadas na mistura de substâncias ferrofluídicas e compostos não magnéticos. A empresa israelense Nanoflight concebeu formulações de tintas antirradar incorporando nanopartículas. As forças armadas de Taiwan também desenvolveram revestimentos absorvedores de radar voltados para aplicação em seus navios de guerra de baixa detectabilidade e em caças de combate nacionais em resposta à modernização militar da República Popular da China.
Absorvedor de espuma A espuma absorvedora é empregada como revestimento interno das paredes de câmaras anecoicas para medições de compatibilidade eletromagnética e testes de radiofrequência. O material consiste em espumas de poliuretano tratadas contra fogo, carregadas com partículas condutoras de negro de fumo, esferas de ferro carbonila e partículas de grafite em concentrações entre 0,05% e 0,1% por peso, cortadas em formatos piramidais de base quadrada sintonizados para as bandas espectrais sob análise.