Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology en de Kansas State University hebben een spray-on mengsel van koolstofnanobuisjes en keramiek aangetoond dat een ongekend vermogen heeft om schade te weerstaan ​​terwijl het laserlicht absorbeert.

Coatings die zoveel mogelijk van de energie van krachtige lasers absorberen zonder kapot te gaan, zijn essentieel voor optische vermogensdetectoren die de output van dergelijke lasers meten, die worden gebruikt, bijvoorbeeld, in militair materieel voor het onschadelijk maken van niet-ontplofte mijnen. Het nieuwe materiaal is een verbetering van NIST's eerdere versie van een spray-on nanobuiscoating voor optische vermogensdetectoren en heeft al de belangstelling van de industrie gewekt.

"Het is echt opmerkelijk materiaal, "NIST co-auteur John Lehman zegt. "Het is een manier om supernanobuizen te maken. Het heeft de optische, thermische en elektrische eigenschappen van nanobuisjes met de robuustheid van het keramiek op hoge temperatuur."

De composiet is ontwikkeld door Kansas State. NIST-onderzoekers stelden voor om tolueen te gebruiken om individuele nanobuisjes uniform te coaten met een keramische schaal. Ze voerden ook schadestudies uit die aantoonden hoe goed het composiet blootstelling aan laserlicht verdraagt.

NIST ontwikkelt en handhaaft al tientallen jaren optische vermogensnormen. In recente jaren, NIST-onderzoekers hebben optische detectoren gecoat met nanobuisjes vanwege hun ongebruikelijke combinatie van gewenste eigenschappen, inclusief intens zwarte kleur voor maximale lichtabsorptie.

Het nieuwe composiet bestaat uit meerwandige koolstofnanobuizen en een keramiek gemaakt van silicium, boor, koolstof en stikstof. Borium verhoogt de temperatuur waarbij het materiaal afbreekt. De nanobuisjes werden gedispergeerd in tolueen, waaraan druppel voor druppel een helder vloeibaar polymeer met boor is toegevoegd, en het mengsel werd verwarmd tot 1, 100 graden C. Het resulterende composiet werd vervolgens vermalen tot een fijn poeder, gedispergeerd in tolueen, en in een dunne laag op koperen oppervlakken gespoten. Onderzoekers bakten de proefstukken en stelden ze vervolgens bloot aan een ver-infrarode laserstraal van het type dat wordt gebruikt om harde materialen te snijden.

Uit analyse bleek dat de coating 97,5 procent van het licht absorbeerde en 10 seconden lang 15 kilowatt laservermogen per vierkante centimeter tolereerde. Dit is ongeveer 50 procent hogere schadetolerantie dan andere onderzoeksgroepen hebben gemeld voor vergelijkbare coatings - zoals alleen nanobuisjes en koolstofverf - getest met dezelfde golflengte van licht, volgens het papier. De nanobuisjes en grafeenachtige koolstof absorberen licht gelijkmatig en geven warmte goed door, terwijl het oxidatiebestendige keramiek de weerstand tegen beschadigingen verhoogt. Het spray-on materiaal hecht ook goed op het koperen oppervlak. Als een toegevoegde bonus, het composiet kan gemakkelijk in grote hoeveelheden worden geproduceerd.

Na blootstelling aan licht, de coatings werden geanalyseerd met behulp van verschillende technieken. Elektronenmicroscopie onthulde geen grote vernietiging zoals verbranding of vervorming. Andere tests toonden aan dat de coating aanpasbaar is, waarbij de keramische schaal gedeeltelijk oxideert tot een stabiele laag siliciumdioxide (kwarts).