Aerospace metamaterials and functional coatings

Optik geçirgen ve elektriksel iletken ince film kaplamalar, mobil telefonlar, ekranlar, dedektörler ve LED'ler gibi çeşitli yüksek teknoloji platformlarının yüzeylerini işlevselleştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kaplamaların kanopiler, ön camlar ve pencereler gibi havacılık saydamlarına buz çözme amaçlı entegrasyonu yaygın olarak bilinmektedir. Ancak, bu tür ince film kaplamaların elektromanyetik girişim (EMG) kalkanlama, düşük görünürlük (DG) ve solar koruma özellikleri hakkında sınırlı rapor veya bilgi bulunmaktadır. Bu tezin amacı, EMG kalkanlama, DG ve solar radyasyon koruma özelliklerini bir arada bulunduran optik olarak saydam havacılık yapılarını incelemek ve gösterimini yapmaktır. Bu amaçla, bu tezde, yüksek elektriksel iletkenlik gerektiren ve bunun sonucunda optik ve DG performansını azaltan yüksek EMG kalkanlama ve solar koruma elde etme problemine odaklanılmıştır. Saydam mühendislik polimerleri, gelişmiş mekanik performansları sayesinde havacılıkta yapısal parçalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, kaliteli filmler yüksek sıcaklık gerektiren işlemler gerektirirken, bu durum saydam havacılık yapıları için uygulanabilir değildir. Bu nedenle, katmanlı film mimarisi, gelişmiş havacılık saydamlarının gereksinimlerini karşılamak için uygulanabilir. Bu amaçlar doğrultusunda tezde, sayısal ve deneysel yöntemler kullanarak tabakalı filmler ve bunların desenli versiyonları esas alınarak yüzeyi modifiye edilmiş monolitik ve lamine havacılık saydamları tasarlanmıştır. Havacılık saydamlarının tasarımı için hem optik hem de elektromanyetik gereksinimleri içeren sayısal yaklaşımlar geliştirilmiş ve doğrulanmıştır. Havacılık saydamları üzerinde geniş alanda homojen ince film kaplamaları için deneysel çalışmalar başarıyla gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, düzlemsel yapılarda minimum optik kayıplarla EMG kalkanlama ve solar koruma performansının elde edildiğini ortaya koymuştur. Optik, solar koruma ve EMG kalkanlama performansını mümkün olduğunca iyileştirmek amacıyla monolitik yapılar yerine kavisli veya lamine saydam yapılar üzerine uygulanan prototiplerde DG gereksinimi incelenmiştir. Düzlemsel filmlerin yüzeyi desenlenerek oluşturulan metamalzemelerin, monolitik yapılarla karşılaştırıldığında bant genişliği ve sönümleme açısından DG performansını artırdığı gösterilmiştir. Bu çok işlevli ince film kaplamalar havacılıkta, özellikle yüksek performanslı 5. nesil savaş uçakları ve diğer sivil uygulamalarda vazgeçilmezdir. Bu tez, görünür, kızılötesi ve mikrodalgalar da dahil olmak üzere farklı alanlarda ince film kaplı havacılık saydamlarının çok işlevli kullanımını büyük ölçeklerde mümkün kılacak tasarımların önünü açmaktadır. Deneysel geniş alan kaplama yöntemi, endüstriyel düzeyde metamalzeme uygulamalarının sınırlamalarını ortadan kaldırmak için geniş ve karmaşık bir alanın kaplanmasına rehberlik etmektedir. Bu tezdeki bulguların, geleneksel düzlemsel ince film kaplamaların yerine endüstriyel ölçekte metamalzemelerin kullanılmasına katkı sağlayarak, geleneksel muadillerinden daha yüksek performans sağlayacağına inanılmaktadır.