Nanotubos como proteção contra um laser militar 27.04.2013

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade do Kansas (Universidade Estadual do Kansas) demonstraram uma nova composição de aerossol baseada em uma mistura de nanotubos de carbono e cerâmica especial, cujo revestimento pode absorver efetivamente a luz do laser, incluindo combate. Esses revestimentos, que são capazes de absorver a maior parte da energia do raio laser sem desmoronar e impedir que o objeto que eles estão protegendo sejam destruídos, não são apenas um meio eficaz de proteção contra lasers de combate, mas também são usados ​​para proteger sensores que medem a energia de radiação de lasers usada pelos militares para decapagem remota. munições não explodidas e dispositivos explosivos.

A base do novo material aerossol é um material desenvolvido por pesquisadores do NIST para proteger sensores de energia óptica, que já estão sendo utilizados em diversas indústrias. "Temos um novo material de blindagem muito legal", diz John Lehman, pesquisador do NIST. "Ele combina todas as propriedades ópticas, térmicas e elétricas positivas dos nanotubos de carbono com a confiabilidade e durabilidade das cerâmicas de alta temperatura."

O novo material de aerossol consiste em nanotubos de carbono de paredes múltiplas, vários nanotubos de diferentes diâmetros entre si e um material cerâmico composto de silício, boro, carbono e nitrogênio. A presença de boro na composição da cerâmica permite aumentar a temperatura em que esse material começa a derreter e quebrar.

Para obter uma nova composição, os cientistas misturaram nanotubos com tolueno, um material orgânico líquido, depois, gota a gota, com agitação constante, adicionaram um material polimérico aquecido a uma temperatura de 1100 graus Celsius, que contém boro e outras substâncias necessárias para obter alta cerâmica de temperatura, a esta mistura. A composição resultante é aquecida a uma temperatura elevada, o solvente evapora e o precipitado resultante é moído em um pó fino, que é novamente misturado com um solvente à base de tolueno.

Os pesquisadores, usando um aerógrafo convencional, aplicaram uma fina camada do material na superfície do cobre e, após a secagem, focaram um feixe de um laser infravermelho de longo comprimento de onda, um laser usado para cortar metal e outros materiais duros, sobre a superfície. superfície do material. A análise dos dados coletados mostrou que o revestimento absorveu com sucesso 97.5% da energia do feixe de laser e resistiu a um nível de energia de 15 kW por centímetro quadrado de superfície sem destruição. Esses números são exatamente duas vezes maiores do que os demonstrados por outros materiais baseados em nanotubos puros e revestimentos contendo carbono desenvolvidos para proteção contra a luz do laser.

Os nanotubos e outros materiais de carbono, como o grafeno, absorvem a luz de maneira uniforme e transferem calor para áreas próximas, diminuindo a temperatura no ponto de contato com o feixe de laser. Compostos cerâmicos de alta temperatura resistentes à oxidação proporcionam ao revestimento protetor alta resistência mecânica e resistência a danos causados ​​por altas temperaturas. Cabe ressaltar que o novo material possui alta capacidade adesiva, o que permite sua aplicação em superfícies de diferentes materiais. Além disso, o processo de produção do material de proteção é bastante simples e pode ser feito em grandes quantidades sem muita dificuldade.

Usando um microscópio eletrônico, os cientistas examinaram com mais cuidado o ponto de contato do revestimento protetor com o feixe de laser. Esses estudos mostraram a completa ausência dos principais tipos de destruição do material, como combustão e deformação. Apenas em alguns lugares pequenos, onde a concentração de nanotubos era baixa, o material cerâmico derreteu, transformando-se em um dióxido de silício estável, vidro de quartzo, que, no entanto, continuou desempenhando um papel protetor.