Аерозольне покриття з вуглецевих нанотрубок і кераміки - захист військової техніки від ураження лазерним зброєю
Дослідники з Національного інституту стандартів і технологій (National Institute of Standards and Technology, NIST) і університету Канзасу (Kansas State University) продемонстрували новий аерозольний склад на основі суміші вуглецевих нанотрубок і спеціальної кераміки, покриття яких дозволяє ефективно поглинати світло лазерів, в тому числі і бойових. Такі покриття, які здатні поглинати велику частину енергії променя лазера не руйнуючись при цьому не дозволяючи руйнуватися захищається ними предмету, є не тільки ефективним засобом захисту від бойових лазерів, вони також використовуються для захисту датчиків, які вимірюють енергію випромінювання лазерів, які використовуються військовими для дистанційного підриву боєприпасів та вибухових пристроїв.
Основою нового аерозольного матеріалу є матеріал, розроблений дослідниками NIST для захисту датчиків оптичної енергії, які вже зараз використовуються в різних галузях промисловості. "У нас вийшов просто чудовий новий захисний матеріал" - розповідає Джон Леман (John Lehman), дослідник з інституту NIST, - "Він поєднує всі позитивні оптичні, теплові і електричні властивості вуглецевих нанотрубок з надійністю і міцністю високотемпературної кераміки".
Новий аерозольний матеріал складається з багатостінних вуглецевих нанотрубок, кількох нанотрубок різного діаметра, що знаходяться всередині один одного, і керамічного матеріалу, що складається з кремнію, бору, вуглецю і азоту. Присутність бору в складі кераміки дозволяє підняти температуру, при якій цей матеріал починає плавитися і ламатися.
Для отримання нового складу вчені змішали нанотрубки з толуолом, рідким органічним матеріалом, потім у цю суміш краплю за краплею при постійному перемішуванні додають полімерний матеріал, розігрітий до температури 1100 градусів за Цельсієм, в якому міститься бор та інші речовини, необхідні для отримання високотемпературної кераміки. Отриманий склад нагрівається до високої температури, розчинник випаровується, а отриманий осад перемелюють в найтонший порошок, який знову змішується з розчинником на основі толуолу.
Дослідники, використовуючи звичайний краскопульт, завдали тонкий шар матеріалу на поверхню міді і після висихання сфокусували на поверхні матеріалу промінь довгохвильового інфрачервоного лазера, лазера, який використовується для різання металу та інших твердих матеріалів. Аналіз зібраних даних показав, що покриття успішно поглинуло 97.5 відсотків енергії променя лазера і без руйнування витримало рівень енергії в 15 КВт на квадратний сантиметр поверхні. Такі показники рівно в два рази вище показників, що демонструються іншими матеріалами на основі чистих вуглецевих нанотрубок і покриттів, розроблених для захисту від лазерного світла.
Нанотрубки та інші вуглецеві матеріали, зразок графена, однорідно поглинають світло і передають тепло в сусідні області, знижуючи температуру в точці контакту з променем лазера. Високотемпературні керамічні сполуки, стійкі до окислення, забезпечують захисному покриттю високу механічну міцність і стійкість по відношенню до руйнувань від високої температури. Слід зауважити, що новий матеріал відрізняється високою адгезійною здатністю, що дозволяє наносити його на поверхні з різних матеріалів. Крім цього процес виробництва захисного матеріалу досить простий та його без особливих труднощів можна робити у великих кількостях.
Використовуючи електронний мікроскоп вчені більш ретельно досліджували місце контакту захисного покриття з променем лазера. Ці дослідження показали повну відсутність основних видів руйнування матеріалу, таких як горіння і деформація. Лише в декількох маленьких місцях, де концентрація нанотрубок була низька, керамічний матеріал розплавився, перетворившись на стабільний діоксид кремнію, кварцове скло, яке, тим не менш, продовжувала виконувати захисну роль.