Nanotubos como protección contra un láser militar 27.04.2013

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Kansas (Kansas State University) han demostrado una nueva composición de aerosol basada en una mezcla de nanotubos de carbono y cerámica especial, cuyo recubrimiento puede absorber efectivamente la luz láser, incluyendo combate. Dichos recubrimientos, que son capaces de absorber la mayor parte de la energía del rayo láser sin colapsar mientras evitan que se destruya el objeto que protegen, no solo son un medio eficaz de protección contra los láseres de combate, sino que también se utilizan para proteger los sensores que miden la energía de radiación de los láseres utilizados por los militares para detonar de forma remota artefactos explosivos sin detonar y artefactos explosivos.

La base del nuevo material de aerosol es un material desarrollado por investigadores del NIST para proteger los sensores de energía óptica, que ya se están utilizando en diversas industrias. "Tenemos un nuevo material de protección realmente genial”, dice John Lehman, investigador del NIST. "Combina todas las propiedades ópticas, térmicas y eléctricas positivas de los nanotubos de carbono con la confiabilidad y durabilidad de la cerámica de alta temperatura".

El nuevo material de aerosol consiste en nanotubos de carbono de paredes múltiples, varios nanotubos de diferentes diámetros dentro de otros y un material cerámico compuesto de silicio, boro, carbono y nitrógeno. La presencia de boro en la composición de la cerámica permite elevar la temperatura a la que este material comienza a fundirse y romperse.

Para obtener una nueva composición, los científicos mezclaron nanotubos con tolueno, un material orgánico líquido, luego, gota a gota, con agitación constante, agregaron un material polimérico calentado a una temperatura de 1100 grados centígrados, que contiene boro y otras sustancias necesarias para obtener alta temperatura cerámica, a esta mezcla. La composición resultante se calienta a alta temperatura, el solvente se evapora y el precipitado resultante se muele en un polvo fino, que se mezcla nuevamente con un solvente a base de tolueno.

Los investigadores, utilizando un aerógrafo convencional, aplicaron una capa delgada del material a la superficie del cobre y, después del secado, enfocaron un haz de un láser infrarrojo de longitud de onda larga, un láser que se usa para cortar metal y otros materiales duros, en la superficie del cobre. superficie del material. El análisis de los datos recopilados mostró que el recubrimiento absorbió con éxito el 97.5 por ciento de la energía del rayo láser y soportó un nivel de energía de 15 kW por centímetro cuadrado de superficie sin destrucción. Estas cifras son exactamente dos veces superiores a las demostradas por otros materiales basados ​​en nanotubos puros y recubrimientos que contienen carbono desarrollados para la protección contra la luz láser.

Los nanotubos y otros materiales de carbono como el grafeno absorben la luz de manera uniforme y transfieren el calor a las áreas cercanas, lo que reduce la temperatura en el punto de contacto con el rayo láser. Los compuestos cerámicos de alta temperatura resistentes a la oxidación proporcionan al revestimiento protector una alta resistencia mecánica y resistencia al daño por altas temperaturas. Cabe señalar que el nuevo material tiene una alta capacidad adhesiva, lo que permite su aplicación en superficies de diferentes materiales. Además, el proceso de producción del material de protección es bastante sencillo y se puede realizar en grandes cantidades sin mucha dificultad.

Usando un microscopio electrónico, los científicos examinaron más cuidadosamente el punto de contacto de la capa protectora con el rayo láser. Estos estudios mostraron la ausencia total de los principales tipos de destrucción de materiales, como la combustión y la deformación. Solo en unos pocos lugares pequeños, donde la concentración de nanotubos era baja, el material cerámico se fundió, convirtiéndose en un dióxido de silicio estable, vidrio de cuarzo, que, sin embargo, siguió desempeñando un papel protector.