(Phys.org) - Linten van ultradun grafeen in combinatie met polyurethaanverf bedoeld voor auto's zijn precies goed voor het ijsvrij maken van gevoelige militaire radarkoepels, volgens wetenschappers van Rice University.

Het rijstlab van scheikundige James Tour, in samenwerking met Lockheed Martin, ontwikkelde de verbinding om radars op zee en in de lucht te beschermen met een robuuste coating die ook transparant is voor radiofrequenties.

Het onderzoek is deze week gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society Toegepaste materialen en interfaces .

Omvangrijke radarkoepels (bekend als "radomes") zoals die op militaire schepen worden gezien, zorgen ervoor dat ijs en ijsregen zich niet direct op antennes vormen. Maar de koepels zelf moeten ook vrij worden gehouden van ijs dat ze kan beschadigen of instabiel kan maken. Deze taak wordt meestal bereikt met een metalen frame dat keramisch aluminiumoxide (aluminiumoxide) ondersteunt en verwarmt, zei toer. Maar deze materialen zijn zwaar, en metalen elementen moeten ver van de bron van radiosignalen worden geïnstalleerd om interferentie te voorkomen.

"Het is erg moeilijk om deze aluminiumoxide koepels te ontdooien, "Zei Tour. "Het kost veel kracht om ze te verwarmen als ze bedekt zijn met ijs, omdat ze erg slechte geleiders zijn."

Voer grafeen in, de enkele atoom dikke laag koolstof die zowel elektriciteit geleidt als, omdat het zo dun is, laat radiofrequenties ongehinderd passeren. Spray-on ontijzingsmateriaal dat grafeen nanoribbons bevat, zou lichter zijn, goedkoper en effectiever dan de huidige methoden, zei toer.

"Dit begon toen (Lockheed Martin-ingenieur) Vladimir Volman een presentatie van Yu Zhu zag, een postdoc in mijn lab destijds, " zei hij. "Volman had berekend dat men een stroom door een grafeenfilm van minder dan 100 nanometer dik zou kunnen laten gaan en weerstandsverwarming kan krijgen die geweldig zou zijn voor ijsvrij maken. Zhu presenteerde zijn techniek voor het spuiten van nanoribbons-films en Volman zag het potentieel in."

Ongerept grafeen brengt elektriciteit ballistisch over en zou niet genoeg warmte produceren om ijs te smelten of te voorkomen dat het zich vormt, maar grafeen nanoribbons (GNR's) uitgepakt uit meerwandige koolstofnanobuisjes in een chemisch proces uitgevonden door de Tour-groep in 2009 doen het werk goed, hij zei. Wanneer gelijkmatig verdeeld over een vast object, de linten overlappen elkaar en elektronen gaan van de ene naar de andere met net genoeg weerstand om warmte als bijproduct te produceren. Het effect kan worden afgestemd op de dikte van de coating, zei toer.

In de eerste experimenten, het team onder leiding van Volman en Zhu heeft een oppervlak gespoten met oplosbare GNR's. "Ze zeiden dat het geweldig werkt, maar het komt af op onze vingers als we het aanraken, ' zei Tour.

Hij vond de oplossing in een auto-onderdelenwinkel in Houston. "Ik kocht wat polyurethaan autolak, die extreem robuust is. Op een auto, het duurt jaren. Dus toen we de verf en GNR's combineerden en onze monsters bedekten, het had alle eigenschappen die we nodig hadden."

Laboratoriummonsters tot twee vierkante voet werden geassembleerd met behulp van een flexibel polymeersubstraat, polyimide, die werd gespoten met polyurethaanverf en liet drogen. Het gecoate substraat werd vervolgens op een kookplaat geplaatst om de verf zacht te maken, en er werd een dunne GNR-laag op gespoten. Wanneer gedroogd, de ingebedde linten werden onmogelijk te verwijderen. Tour zei dat de onderzoekers ook hebben geprobeerd GNR's onder de polyurethaanverf te plaatsen met goede resultaten.

De 100 nanometer laag GNR's - duizenden keren dunner dan een mensenhaar - was vastgehaakt aan platina-elektroden. Met behulp van spanning die gebruikelijk is voor systemen aan boord, de verbinding was voldoende om laboratoriummonsters binnen enkele minuten te ontdooien tot -4 graden Fahrenheit. Verdere experimenten vonden dat ze bijna onzichtbaar waren voor radiofrequenties.

Tour zei dat de beschikbaarheid van nanolinten niet langer een probleem is nu ze in industriële hoeveelheden worden geproduceerd.

"Nu gaan we naar het volgende niveau, " hij zei, opmerkend dat GNR-films die tot transparante films zijn gemaakt, nuttig kunnen zijn voor het ijsvrij maken van autoruiten, een project dat het lab wil nastreven.

Volman suggereerde dat het materiaal een aantrekkelijke concurrent zou zijn van de recent aangeprezen op nanobuisjes gebaseerde aerogels voor het ijsvrij maken van vliegtuigen in de winter. "We hebben de technologie; we hebben het materiaal, " zei hij. "Het is zeer duurzaam en kan worden gespoten om elk soort oppervlak te verwarmen."