Nanotubi come protezione contro un laser militare 27.04.2013

I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dell'Università del Kansas (Kansas State University) hanno dimostrato una nuova composizione di aerosol basata su una miscela di nanotubi di carbonio e ceramiche speciali, il cui rivestimento assorbe efficacemente la luce dai laser, tra cui combattere. Tali rivestimenti, che sono in grado di assorbire la maggior parte dell'energia del raggio laser senza collassare e non permettere all'oggetto che proteggono dalla distruzione, non sono solo un mezzo efficace di protezione contro i laser da combattimento, ma sono anche utilizzati per proteggere sensori che misurano l'energia di radiazione dei laser utilizzati dai militari per la detonazione a distanza. ordigni inesplosi e ordigni esplosivi.

La base del nuovo materiale aerosol è un materiale sviluppato dai ricercatori del NIST per proteggere i sensori di energia ottica, che sono già utilizzati in vari settori. "Abbiamo un nuovo materiale di schermatura davvero fantastico", afferma John Lehman, ricercatore del NIST. "Combina tutte le proprietà ottiche, termiche ed elettriche positive dei nanotubi di carbonio con l'affidabilità e la durata della ceramica ad alta temperatura".

Il nuovo materiale aerosol è costituito da nanotubi di carbonio a parete multipla, diversi nanotubi di diverso diametro uno dentro l'altro e un materiale ceramico composto da silicio, boro, carbonio e azoto. La presenza di boro nella composizione della ceramica consente di aumentare la temperatura alla quale questo materiale inizia a sciogliersi e rompersi.

Per ottenere una nuova composizione, gli scienziati hanno miscelato i nanotubi con il toluene, un materiale organico liquido, quindi, goccia a goccia, con agitazione costante, hanno aggiunto un materiale polimerico riscaldato a una temperatura di 1100 gradi Celsius, che contiene boro e altre sostanze necessarie per ottenere un ceramica a temperatura, a questa miscela. La composizione risultante viene riscaldata ad una temperatura elevata, il solvente evapora e il precipitato risultante viene macinato in una polvere fine, che viene nuovamente miscelata con un solvente a base di toluene.

I ricercatori, utilizzando un aerografo convenzionale, hanno applicato uno strato sottile del materiale sulla superficie del rame e, dopo l'essiccazione, hanno focalizzato un raggio di un laser a infrarossi a lunghezza d'onda lunga, un laser utilizzato per tagliare il metallo e altri materiali duri, sul superficie del materiale. L'analisi dei dati raccolti ha mostrato che il rivestimento ha assorbito con successo il 97.5 percento dell'energia del raggio laser e ha resistito a un livello di energia di 15 kW per centimetro quadrato di superficie senza distruzione. Queste cifre sono esattamente due volte superiori a quelle dimostrate da altri materiali basati su nanotubi puri e rivestimenti contenenti carbonio sviluppati per la protezione dalla luce laser.

I nanotubi e altri materiali di carbonio come il grafene assorbono la luce in modo uniforme e trasferiscono il calore alle aree vicine, abbassando la temperatura nel punto di contatto con il raggio laser. I composti ceramici ad alta temperatura resistenti all'ossidazione forniscono al rivestimento protettivo un'elevata resistenza meccanica e resistenza ai danni causati dalle alte temperature. Va notato che il nuovo materiale ha un'elevata capacità adesiva, che ne consente l'applicazione su superfici realizzate con materiali diversi. Inoltre, il processo di produzione del materiale protettivo è abbastanza semplice e può essere eseguito in grandi quantità senza troppe difficoltà.

Utilizzando un microscopio elettronico, gli scienziati hanno esaminato più attentamente il punto di contatto del rivestimento protettivo con il raggio laser. Questi studi hanno mostrato la completa assenza dei principali tipi di distruzione materiale, come la combustione e la deformazione. Solo in alcuni piccoli punti, dove la concentrazione di nanotubi era bassa, il materiale ceramico si scioglieva trasformandosi in un biossido di silicio stabile, il vetro di quarzo, che, tuttavia, continuava a svolgere un ruolo protettivo.