Nanonastri di grafene incorporati in vernice poliuretanica, visto in un'immagine al microscopio elettronico, fanno parte di una soluzione antighiaccio creata da Rice e Lockheed Martin. La barra della scala equivale a 1 micrometro. Credito:The Tour Group
(Phys.org) — I nastri di grafene ultrasottile combinati con vernice poliuretanica pensati per le auto sono perfetti per lo sbrinamento di cupole radar militari sensibili, secondo gli scienziati della Rice University.
Il laboratorio di riso del chimico James Tour, in collaborazione con Lockheed Martin, ha sviluppato il composto per proteggere i radar marini e aerei con un rivestimento robusto che è anche trasparente alle frequenze radio.
La ricerca è stata pubblicata questa settimana sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali applicati e interfacce .
Cupole radar ingombranti (note come "radome") come quelle viste sulle navi militari impediscono la formazione di ghiaccio e pioggia gelata direttamente sulle antenne. Ma anche le cupole stesse devono essere mantenute libere dal ghiaccio che potrebbe danneggiarle o renderle instabili. Questo compito viene solitamente svolto con una struttura metallica che supporta e riscalda l'allumina ceramica (ossido di alluminio), Tour ha detto. Ma questi materiali sono pesanti, e gli elementi metallici devono essere installati lontano dalla sorgente dei segnali radio per evitare interferenze.
"È molto difficile sbrinare queste cupole di allumina, " Tour ha detto. "Ci vuole un sacco di energia per riscaldarli quando sono ricoperti di ghiaccio perché sono molto poveri conduttori".
Entra nel grafene, il foglio di carbonio dello spessore di un atomo che conduce sia elettricità che, perché è così sottile, consente alle frequenze radio di passare senza ostacoli. Il materiale antighiaccio spray che incorpora nanonastri di grafene sarebbe più leggero, più economico ed efficace dei metodi attuali, Tour ha detto.
"Questo è iniziato quando (l'ingegnere di Lockheed Martin) Vladimir Volman ha visto una presentazione di Yu Zhu, un postdoc nel mio laboratorio in quel momento, " ha detto. "Volman aveva calcolato che si poteva far passare una corrente attraverso una pellicola di grafene spessa meno di 100 nanometri e ottenere un riscaldamento resistivo che sarebbe ottimo per lo sbrinamento. Zhu stava presentando la sua tecnica per spruzzare pellicole di nanonastri e Volman ne ha riconosciuto il potenziale".
Il grafene incontaminato trasmette elettricità balisticamente e non produrrebbe abbastanza calore per sciogliere il ghiaccio o impedirne la formazione, ma i nanonastri di grafene (GNR) decompressi da nanotubi di carbonio a parete multipla in un processo chimico inventato dal gruppo Tour nel 2009 fanno bene il lavoro, Egli ha detto. Quando uniformemente disperso su un oggetto solido, i nastri si sovrappongono e gli elettroni passano da uno all'altro con una resistenza appena sufficiente a produrre calore come sottoprodotto. L'effetto può essere regolato in base allo spessore del rivestimento, Tour ha detto.
Nei primi esperimenti, il team guidato da Volman e Zhu ha rivestito a spruzzo una superficie con GNR solubili. "Hanno detto che funziona alla grande, ma si stacca dalle nostre dita quando lo tocchiamo, " Disse Giro.
Ha trovato la soluzione in un negozio di ricambi auto di Houston. "Ho comprato della vernice poliuretanica per auto, che è estremamente robusto. su una macchina, dura anni. Quindi, quando abbiamo unito la vernice e i GNR e abbiamo rivestito i nostri campioni, aveva tutte le proprietà di cui avevamo bisogno."
Campioni di laboratorio fino a due piedi quadrati sono stati assemblati utilizzando un substrato polimerico flessibile, poliimmide, che è stato verniciato a spruzzo con vernice poliuretanica e lasciato asciugare. Il substrato rivestito è stato quindi posto su una piastra riscaldante per ammorbidire la vernice, e un sottile strato di GNR è stato aerografato. Quando essiccato, i nastri incorporati sono diventati impossibili da rimuovere. Tour ha detto che i ricercatori hanno anche provato a mettere i GNR sotto la vernice poliuretanica con buoni risultati.
Un nuovo composto creato dalla Rice University e Lockheed Martin fornisce un sottile, robusto cappotto scioglighiaccio per marine, aereo e altri usi. L'elemento attivo è costituito da nanotubi di carbonio "decompressi" in nastri. Credito:gruppo turistico
Lo strato di 100 nanometri di GNR, migliaia di volte più sottile di un capello umano, era agganciato a elettrodi di platino. Utilizzando la tensione comune ai sistemi di bordo, il composto era sufficiente per scongelare i campioni di laboratorio raffreddati a -4 gradi Fahrenheit in pochi minuti. Ulteriori esperimenti li hanno trovati quasi invisibili alle frequenze radio.
Tour ha affermato che la disponibilità di nanonastri non è più un problema ora che vengono prodotti in quantità industriali.
"Ora passiamo al livello successivo, " Egli ha detto, osservando che le pellicole GNR trasformate in pellicole trasparenti potrebbero essere utili per sbrinare i parabrezza delle auto, un progetto che il laboratorio intende perseguire.
Una guida d'onda nel laboratorio del chimico James Tour della Rice University incornicia un film di nanonastri di grafene per i test. Il riso ha sviluppato il materiale come un sottile, antighiaccio robusto per cupole radar e altre applicazioni. Credito:Tour Group
Volman ha suggerito che il materiale sarebbe un concorrente convincente per gli aerogel a base di nanotubi recentemente propagandati per lo sbrinamento degli aeroplani in inverno. "Abbiamo la tecnologia, abbiamo il materiale, " ha detto. "È molto resistente e può essere spruzzato per riscaldare qualsiasi tipo di superficie".
