Super-nanorør:Bemærkelsesværdig spray-on-belægning kombinerer kulstof-nanorør med keramik

Forskere fra National Institute of Standards and Technology og Kansas State University har demonstreret en spray-on blanding af carbon nanorør og keramik, der har en hidtil uset evne til at modstå skader, mens de absorberer laserlys.

Belægninger, der absorberer så meget af energien fra kraftige lasere som muligt uden at gå i stykker, er afgørende for optiske effektdetektorer, der måler output fra sådanne lasere, som bruges, for eksempel, i militært udstyr til desarmering af ueksploderede miner. Det nye materiale forbedrer NISTs tidligere version af en spray-on nanorørbelægning til optiske strømdetektorer og har allerede tiltrukket industriens interesse.

"Det er virkelig bemærkelsesværdigt materiale, " NIST medforfatter John Lehman siger. "Det er en måde at lave super-nanorør på. Den har den optiske, termiske og elektriske egenskaber af nanorør med robustheden af ​​højtemperaturkeramikken."

Kompositten er udviklet af Kansas State. NIST-forskere foreslog at bruge toluen til ensartet belægning af individuelle nanorør med en keramisk skal. De udførte også skadesundersøgelser, der viste, hvor godt kompositten tolererer eksponering for laserlys.

NIST har udviklet og vedligeholdt optiske strømstandarder i årtier. I de seneste år, NIST-forskere har belagt optiske detektorer med nanorør på grund af deres usædvanlige kombination af ønskværdige egenskaber, inklusive intens sort farve for maksimal lysabsorption.

Den nye komposit består af flervæggede kulstof nanorør og en keramik lavet af silicium, bor, kulstof og nitrogen. Bor øger temperaturen, hvor materialet nedbrydes. Nanorørene blev spredt i toluen, hvortil en klar flydende polymer indeholdende bor blev tilsat dråbe for dråbe, og blandingen blev opvarmet til 1, 100 grader C. Den resulterende komposit blev derefter knust til et fint pulver, dispergeret i toluen, og sprøjtes i et tyndt lag på kobberoverflader. Forskere bagte testprøverne og udsatte dem derefter for en langt infrarød laserstråle af den type, der bruges til at skære hårde materialer.

Analyse viste, at belægningen absorberede 97,5 procent af lyset og tolererede 15 kilowatt lasereffekt pr. kvadratcentimeter i 10 sekunder. Dette er omkring 50 procent højere skadetolerance end andre forskningsgrupper har rapporteret for lignende belægninger - såsom nanorør alene og kulstofmaling - testet med den samme bølgelængde af lys, ifølge avisen. Nanorørene og grafenlignende kulstof absorberer lys ensartet og transmitterer varme godt, mens den oxidationsbestandige keramik øger skadesbestandigheden. Spray-on-materialet klæber også godt til kobberoverfladen. Som en ekstra bonus, kompositten kan nemt fremstilles i store mængder.

Efter lyseksponering, belægningerne blev analyseret ved hjælp af flere forskellige teknikker. Elektronmikroskopi afslørede ingen større ødelæggelse såsom brænding eller deformation. Andre test viste, at belægningen kunne tilpasses, hvor den keramiske skal delvist oxiderer til et stabilt lag af siliciumdioxid (kvarts).