Nieuwe recyclebare coating maakt objecten onzichtbaar voor radar

• Materialz en de Universiteit Twente ontwikkelen een gifvrije, volledig recyclebare radarabsorberende coating.

• De coating moet objecten minder zichtbaar maken voor radar en tegelijk bestand zijn tegen extreme omstandigheden (hittebestendig tot 1.400 °C) en corrosie.

• Onderzoekers proberen te achterhalen waarom PMT-materialen radarsignalen absorberen en hoe die eigenschap kan worden geoptimaliseerd.

• De technologie richt zich eerst op maritieme toepassingen en kan Europa minder afhankelijk maken van niet-Europese leveranciers.

• Materialz wil de kennis en technologie in licentie uitgeven voor industriële massaproductie en voor de doorontwikkeling van expertise rond radarabsorptie.

In moderne oorlogvoering is een nieuwe situatie ontstaan waarin drones en zelfsturende raketten een hoofdrol hebben. Onzichtbaar kunnen manoeuvreren is daardoor steeds belangrijker geworden. De meest geavanceerde militaire vliegtuigen worden al langere tijd voorzien van een speciale coating waardoor ze nagenoeg niet ontdekt kunnen worden met radar. Ook moeten schepen, voertuigen en wapensystemen daarmee worden behandeld om onzichtbaar te blijven.

Het nadeel van de huidige generatie radarabsorberende coatings is dat ze zeer schadelijk zijn voor het milieu en voor de mens door de aanwezigheid van giftige en kankerverwekkende componenten. Bovendien is de Europese defensie voor deze coatings afhankelijk van niet-Europese leveranciers.

Mooi voorbeeld van serendipiteit

Het project Innovatieve Geopolymeer-gebaseerde Radar Absorberende Coatings (RAM) moet daar verandering in brengen. De basis ervan werd gelegd door Materialz, een startup die een nieuwe technologie ontwikkelde, genaamd Polycondensed Mineral Technology (PMT). De chemicus en ondernemer Ingmar Richartz ontdekte de nieuwe technologie bij toeval in 2015, vertelt Karel Smeets, Director Strategic Partnerships & Growth bij Materialz. “Op een spatel waren wat resten van een experiment met mineralen achtergebleven. Een laagje mineralen, gesteente dus eigenlijk, breekt doorgaans als je het buigt, maar dit materiaal bleek heel flexibel en bestand tegen zuren en vuur. Eigenlijk was het alleen met schuren te verwijderen.”

Tijdens tests in de jaren daarna verdroeg het nieuwe materiaal hoge temperaturen tot wel 1.400 °C en bleek bovendien een goede bescherming te bieden tegen corrosie. Dit zijn eigenschappen die goed van pas komen bij de behandeling van metalen die onder extreme condities moeten worden gebruikt. Sommige van deze coatings absorbeerden ook radiogolven in het frequentiegebied dat radarsystemen gebruiken.

Aan verschillende knoppen draaien en dan meten

Het doel van het tweejarige project uit de Holland High Tech MKB Defensie call is om deze radarabsorberende eigenschap te optimaliseren. Smeets: “Onze hypothese is dat de radarsignalen gevangen blijven in de geometrie van de verbindingen die we met PMT op moleculair niveau leggen. Hoe we die kunnen beïnvloeden is eigenlijk fundamenteel onderzoek.”
Daarvoor is contact gelegd met de onderzoeksgroep van Matthijn de Rooij, hoogleraar tribologie en oppervlaktetechnologie aan de Universiteit Twente. Hij onderzoekt de interactie tussen oppervlakken die ten opzichte van elkaar bewegen. Daarbij zijn wrijving, slijtage en smering de kernaspecten, maar de technieken uit dit vakgebied zijn ook te gebruiken om de interactie tussen radiogolven en oppervlakken te analyseren. “We constateren dat sommige PMT-materialen radarsignalen absorberen, maar we weten nog niet waarom. Als we dat snappen, kunnen we ook de stap maken naar het optimaliseren.” Ook beschikt De Rooij over een Lifetime Performance Lab en technieken om de verwachte levensduur van materialen te voorspellen.

“We constateren dat sommige PMT-materialen radarsignalen absorberen, maar we weten nog niet waarom.”

Matthijn de Rooij, hoogleraar tribologie en oppervlaktetechnologie,Universiteit Twente

Focus op maritieme toepassingen

Materialz richt zich voor de doorontwikkeling van het radarabsorberende karakter van de coating vooral op maritieme toepassingen. Het bedrijf heeft al langer contacten met werven en havenbedrijven voor de ontwikkeling van corrosiewerende coatings. De toepassing van de radarabsorberende coating in de luchtvaart heeft geen prioriteit omdat daarbij extra eisen aan de coating worden gesteld. De coating moet dan bijvoorbeeld bestand zijn tegen extreem lage temperaturen tot wel min 50 °C. Smeets: “De laagste temperatuur waarbij we tot nu toe hebben getest, is min 5 °C. Dat ging goed, maar we willen eerst het radarabsorberende vermogen goed testen voor we gaan sleutelen aan complexere gebruiksomstandigheden.”

“We willen eerst het radarabsorberende vermogen goed testen voor we gaan sleutelen aan complexere gebruiksomstandigheden.”

Karel Smeets, Director Strategic Partnerships & Growth Materialz

De onderzoekers kunnen aan verschillende knoppen draaien om de eigenschappen van PMT-materialen te veranderen. Uit de literatuur en eigen meetresultaten heeft de groep van De Rooij al kansrijke aanpassingen geselecteerd. “Dat brengt wel uitdagingen met zich mee, want je wilt natuurlijk de andere eigenschappen van het materiaal behouden”, zegt De Rooij.

In een iteratief proces waarin Materialz nieuwe PMT-varianten maakt en het team van De Rooij de analyses doet, streven de partners ernaar in 2028 op laboratoriumschaal een optimale coating te hebben.

Gifvrij en zeer goed herbruikbaar

Daarna is nog een aantal stappen nodig voordat er een praktisch toepasbaar product is. In het lab zijn weliswaar reële gebruiksomstandigheden te creëren, maar die tests bieden geen garantie voor het gedrag van de coating in een echte toepassing, weet Smeets uit ervaring. Er moeten dus uitgebreide praktijktests volgen. Ook is de verwerkbaarheid bij het aanbrengen van de coating een belangrijk aspect bij een brede toepassing ervan. Wanneer het coaten te lang duurt of arbeidsintensief is, is de inzet van het materiaal niet rendabel. Daarnaast moet ook de productie op schaal kunnen plaatsvinden.

Materialen die bestand zijn tegen extreme condities, zijn doorgaans niet erg milieuvriendelijk. Dat lijkt in tegenspraak met het ecovriendelijke karakter dat Materialz nastreeft. Toch zijn alle PMT-coatings volledig recyclebaar, stelt Smeets. “Het eindproduct is uiteindelijk een soort gesteente, dus vergelijkbaar met zand of kiezels. Als je de coating verwijdert van een stuk staal, kunnen wij die vermalen en weer volledig opwerken tot een nieuw product. Het is ook af te voeren als schoon puin en te gebruiken als vulstof, bijvoorbeeld in beton.” Het materiaal bevat in tegenstelling tot de traditionele radarabsorberende coatings geen giftige componenten, microplastics of vluchtige organische stoffen. De grondstoffen bestaan onder andere uit mineralen die volledig in Europa worden gewonnen. De kennisontwikkeling en de eindproducten maken de Europese industrie daardoor onafhankelijker van niet-Europese leveranciers.

“Als je de coating verwijdert van een stuk staal, kunnen wij die vermalen en weer volledig opwerken tot een nieuw product.”

Karel Smeets, Director Strategic Partnerships & Growth Materialz

Kansen voor Nederlandse industrie

Materialz kan het nieuwe materiaal in eigen beheer produceren, maar op termijn voorziet Smeets dat de PMT-producten in licentie door andere bedrijven worden gemaakt. “De mogelijkheden die PMT biedt om hoogwaardige, duurzame producten te maken, zijn veel te divers voor ons alleen. Wij maken nu een coating maar je kunt er ook plaatmateriaal en zelfs mechanische onderdelen mee produceren.”  Daarnaast ziet hij vooral mogelijkheden voor een economische spin-off in Nederland rond de nieuwe kennis over radarabsorptie. “Dan gaat het echt over het doorontwikkelen van de technologie, maar ook het voorbereiden van de productie op het gebruik van de nieuwe technologie en het opschalen daarvan.”

Eerdere artikelen uit de reeks: