Карбоновые аксессуары для экранирования от излучения

Во всех странах (и уж тем более развитых) на уровне закона определен минимально допустимый уровень различных видов излучения, безопасный для здоровья людей. В связи с этим в местах потенциального излучения предварительно устанавливаются защитные экраны. Хотя причиной разработки устройств для экранирования интенсивных электромагнитных волн, в т. ч. и радиоволн (как и их подмножества), стала не только забота о людях.

Тут нужно понимать, что на практике электромагнитное излучение может распространяться на скромные расстояния и относится к высокочастотным, тогда как радиочастотное характеризуется большей длиной волны́ и может распространяться на более дальние дистанции от устройства к устройству. Поэтому оба излучения способны создавать немало проблем еще и работе электронных приборов.

Угроза от совокупности обоих видов тем больше, чем плотнее пространство вокруг нас заполняется устройствами разного назначения. Это могут быть сотовые телефоны, WiFi-сети, радиоприемники, всевозможная электроника, микроволновые печи… Если добавить сюда солнечную активность с прочими источниками космического происхождения, получится огромная необходимость в защите всего и всех от коротких и длинных волн.

Тема такой защиты большая и разнообразная, но вся сводится к созданию вокруг защищаемого пространства преграды для электромагнитного поля, обладающей наибольшей электромагнитной проводимостью, — чтобы всё излучение она могла проводить только по самой себе и таким образом удерживать. Хотя в ряде случаев задача сводится, наоборот, к экранированию источника излучения с целью запрета распространения волн.

Для определения наиболее подходящего метода защиты объекта специалистами проводится его обследование с применением специального оборудования. А выбор материала для создания экранов основывается на последующих расчетах эффективности в определенном частотном диапазоне с учетом существующих ограничений — это может быть связано с габаритными размерами и весом экранирующей конструкции, ее же влиянием на объект защиты, устойчивостью к химическим средам (чаще к коррозии), технологичностью, прочностью и прочими данными.

Клетка Фарадея для защиты от излучения

Это изобретение еще называют «щит Фарадея» — и вот уже не одно столетие этим «щитом» успешно прикрываются от электромагнитного излучения. Представляет он из себя замкнутое пространство, которое благодаря токопроводящему материалу (сплошной конструкции либо сетки) препятствует прохождению электромагнитных полей, защищая внутреннюю область. Названа клетка по имени английского ученого М. Фарадея, который в далеком 1836 г. ее и изобрел. Правда, с тех времен значительно продвинулись технологии, материалом для создания подобных защитных экранов стали не только металлы, да и сфера применения «щита» тоже расширилась.

И вот, сегодня такая защита позволяет:

• исключить пагубное воздействие на здоровье человека, а также на радиотехнические и электронные устройства;

• создать для персонала, работающего в определенных условиях на связанных с электромагнитным излучением предприятиях, безопасное рабочее место;

• защитить автомобили и самолеты от молнии;

• оградить радиопередатчики от находящихся неподалеку электронных устройств для гарантии стабильной работы;

• защитить хранилища от несанкционированного доступа к секретной и конфиденциальной информации (не только для кражи, но и уничтожения) с помощью дистанционных устройств;

• создать защитные костюмы для монтажников, работающих на высоковольтных ЛЭП;

• предотвратить утечку полезного ВЧ-сигнала из USB- и коаксиальных кабелей путем создания экранирующей оболочки;

• повысить точность снимаемых данных МРТ в медицине путем создания препятствия любым радиопомехам;

• помочь ученым из области аналитической химии проводить точные измерения;

• активно использовать ее в ВПК для повышения помехозащищенности объектов и снижения вероятности их обнаружения.

Иными словами, область применения щита Фарадея от электромагнитного и радиочастотного излучения очень широка. Главное — создать его из надежных материалов в зависимости от поставленной задачи, свойств объекта защиты и окружающих его условий. И конечно, тут не обошлось без углепластика.

Почему внимание пало на карбон для защиты от излучения

Всем уже известно, что карбон попрочнее стали и что он легче алюминия — ведь именно это явилось одной из главных причин широкого распространения его почти на все сферы производства, начиная от космоса, заканчивая кухонной утварью. Но вот использование его в качестве материала для экранирования было популярно лишь в узких кругах — однако только до недавнего времени.

Как известно, у углепластика сложная морфологическая структура (а точнее, волокнистая). Такое его волокнистое строение со способностью при этом проводить ток и обратило на себя внимание производителей защитных экранов. А привело это к тому, что композиты стали активно применять в производстве корпусов для радиоэлектронных приборов, а также антенн разной конфигурации и назначения.

Правда, традиционно привлекающими внимание по сей день остаются металлические экраны, характеризующиеся очень большой проводимостью. Однако известно, что атомы углерода являются более термически стабильными и более устойчивыми к окислительным процессам.

Также известно, что волокна из металла, производимые по технологиям отливки либо формовки, имеют предел толщины: не тоньше 2 мкм. Вместе с тем возможно добиться металлических нитей и меньшего сечения — если применять технологию нанесения металла на углеродные волокна субмикронного диаметра. Например, можно получать нити из никеля с сечением 0,4 мкм посредством гальванического метода осаждения никеля на углепластиковых нитях диаметром всего 0,1 мкм. При этом экранирующие свойства отнюдь не уменьшатся, а наоборот — качественно возрастут в разы!

Данный пример показывает, что с современными технологическими решениями можно использовать не только карбоновое волокно само по себе, но и в сочетании с другими металлами — что зачастую и делается. Правда, как правило, поэтапно и достаточно энергозатратно.

Гибкие экранирующие углепластики

Да, есть и такой вид «щитов» — это так называемые текстильные композиты, которые сегодня используются в ВПК, научных исследованиях космоса, в строительстве, медицине, радио- и электротехнике и просто в быту. Например, существуют ткани, к нитям которых подплетены металлизированные волокна, какие некоторое время использовали для производства защитной одежды персонала, работающего в условиях электромагнитного излучения. А добавление в состав этих полотен антипиреновых компонентов позволило создавать защитные костюмы и для пожарных.

Однако практика показала, что присутствие металла в этих тканях (в виде металлизированных волокон либо напыления) делает их более хрупкими и не дешевыми. Во многом поэтому наука и производство обратились к композиционным текстильным материалам.

Так появился ряд запатентованных карбоновых тканей на основе композитного волокна, обладающих не только высокими экранирующими, но и механическими характеристиками.

Токопроводящие карбоновые покрытия

Такое покрытие по своей сути является однокомпонентной краской или лаком — в общем, некой основой, в которую добавлены измельченные до визуального состояния порошка углеродные волокна с высокой проводимостью. Как результат, это покрытие обладает крайне высокими адгезивными способностями, которые позволяют наносить его без особого труда практически на все поверхности, включая пластиковые. А после нанесения оно не требует специального нагрева для отверждения за счет использования системы на основе растворителя. Слой сам по себе получается гладкий, прочный, устойчивый к истиранию и коррозии и гарантирующий полное НЧ-экранирование.

Еще одно преимущество такого карбонового покрытия — в удобстве его формата, поскольку слой можно просто распылить из аэрозольного баллончика, нанести кисточкой или специальным фломастером.

Все эти достоинства привели к тому, что краска из карбона явилась более экономически выгодным вариантом для заземления / экранирования и нашла применение в производстве.

В конце концов лак из углепластика стал применяться:

• в электронных инструментах (в частности, звукоснимателях электрогитар), металлодетекторах и других устройствах, которые на практике могут демонстрировать сбои в присутствии металлов;

• для внутреннего проводящего слоя в кинескопах;

• в роли резисторов в электрических цепях;

• в качестве электропроводящего клея ворсистых покрытий;

• в качестве добавочного слоя в ряде гальванических устройств;

• с учетом высокой коррозионной устойчивости — еще и в судостроении.

Но есть у него также широкое применение и в повседневной жизни…

Карбоновые чехлы для смартфонов

Защитные кейсы для мобильных телефонов — один из самых противоречивых способов применить карбон. Конечно, если речь идет об обычных карбоновых чехлах, то вопросов нет: они невероятно красиво смотрятся, не требуют сложного ухода и отлично защищают смартфон, поскольку не трескаются, не царапаются и выдерживают удары более серьезные по сравнению с другими материалами. С кейсами же для экранирования всё куда сложнее.

Если поместить в него телефон, устройство не будет работать на прием, а значит, на устройство невозможно будет дозвониться. В принципе, у каждого человека такая потребность время от времени существует, только обычно для этого пользуются нехитрыми методами: выключают девайс, вынимают аккумулятор или включают режим полета. К причинам же, побуждающим изолировать смартфон посредством экранирующего углепластикового чехла, относятся стремление к конфиденциальности перемещений и защита информации, которую можно воровать с устройства буквально дистанционно. Делается это не только при помощи специального софта, который надо еще умудриться установить на телефон, — даже удаленно можно взламывать iPhone просто посредством доступа к iCloud.

При таких возможностях и может пригодиться экранирующий чехол либо кейс — ибо они позволяют исчезнуть из сети быстро и элегантно. Но тут есть незначительный нюанс: включенное устройство будет беспрестанно искать сеть, от чего батарея станет быстрее разряжаться.

Зато в такой аксессуар можно положить не только смартфон, но и банковские карты — причем не только для удобства!

RFID-защита из карбона

Тема защиты кредитных карт уже не особо новая, хотя и не настолько обсуждаемая, чтобы считать ее заезженной. Тем более что у нее большие перспективы, особенно если учитывать стремительное развитие программного обеспечения и возможностей прогрессивных способов передачи информации.

Одним из таковых является RFID — технология идентификации посредством радиочастот. Благодаря удобству и простоте она имеет большую популярность в современном мире. Например, практически у каждого есть хотя бы одна платежная карта, оснащенная чипом (т. н. пэйпэссом), который дает возможность бесконтактно оплачивать покупки.

Еще одним распространенным носителем конфиденциальной информации, передаваемой через технологию RFID, является биометрический паспорт. В недалекой перспективе к нему прибавится и электронный, который будет содержать не только личную информацию, но и адрес регистрации, а также семейное положение, ИНН и СНИЛС, данные о водительских правах, фото лица́ и снимок радужки — немало сведений, ценность которых — максимальна.

Иными словами, эта технология позволяет передавать самые разнообразные данные и, благодаря своим широким возможностям, активно используется в таких сферах, как:

• идентификация людей (например, выпускаются специальные пропуски в зоны с ограниченным доступом);

• идентификация домашних животных, облегчающая их поиск, или с/х животных — для простоты учета;

• защита дипломатических и других важных документов;

• системы учета товара и контроля логистики.

А главные преимущества технологии таковы:

• несложный процесс внесения изменений (в отличие, например, от штрихкода);

• дистанционное считывание информации;

• независимость от окружающей атмосферы и обстановки (к примеру, высокой влажности);

• безопасность, особенно в случаях шифровки информации, содержащейся в RFID-метке.

Казалось бы, всё прекраснее некуда и мы живем в фантастическом будущем. Но, к сожалению, эта технология не лишена и ряда недостатков, среди которых обычного гражданина вряд ли порадует вероятность взлома и похищения информации. Из-за этого в обиходе даже появился термин «RFID-кража», или «скимминг»: злоумышленник, находящийся на расстоянии до 80 см от жертвы, может получить необходимую информацию, чтобы обнулить чужую карту или считать данные биометрического паспорта.

Сразу впадать в панику не стоит, поскольку данный вид воровства пока не слишком распространен на наших улицах. Да и чем быстрее он будет распространяться, тем активнее будут развиваться и средства противодействия.

На сегодняшний день одно из таких средств уже известно — это аксессуары с RFID-защитой, среди которых:

• женские и мужские кошельки и портмоне с наружными вставками;

• чехлы и картхолдеры с прокладками из экранирующего материала;

• экранирующие обложки для документов;

• и даже небольшие дамские сумочки.

Материалом для таких элегантных «щитов» зачастую является именно карбон, ведь, даже если не вспоминать о его экранирующих свойствах, он превосходит кожу и ее аналоги не только по внешнему виду, но также по долговечности и надежности. При этом изделия из него меньше весят и практически не требуют ухода. Как правило, они имеют многослойную структуру и лишь внешний слой у них выполняется из карбонового материала, так как его невозможно порезать, поцарапать, сломать или деформировать на сгибе. Для надежности аксессуары оснащаются еще и технологическим слоем металлизированной ткани, а уже внутри отделываются мягкой кожей. Стоит, правда, помнить, что полную защиту от хакерской атаки на RFID можно обеспечить в том случае, если объект кражи полностью закрыт экранирующим материалом, — поэтому не стоит надолго открывать кошелек.

Помимо перечисленных изделий современная промышленность, включая отечественную, уже освоила технологию и выпустила в продажу углепластиковые сумки с функцией снижения излучения смартфона, чемоданы из карбона, карбоновые чехлы на обычные чемоданы, противоугонные чехлы для ключей автомобиля с электронными брелоками замков, а также специальные экранирующие капсулы, которые можно поместить даже в маленькую дамскую сумочку. Особенно приятно, что такой аксессуар не является доступным только для людей с большим достатком (хотя существуют и премиальные, недешевые модели).

Заключение

Ассортимент материалов для создания надежного экрана — тема актуальная и важная, а применение углепластиков для этих целей является еще более актуальным и крайне перспективным направлением. Ведь их гибкость как лишь одна из характеристик открыла новые возможности. А их волокнистость позволила получить более качественное поглощение излучения также за счет использования особенностей распространения электромагнитных волн именно в волокнистых средах.

Иными словами, будущее — за карбоном. Снова.