Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology et de l'Université d'État du Kansas ont démontré un mélange pulvérisé de nanotubes de carbone et de céramique qui a une capacité sans précédent de résister aux dommages tout en absorbant la lumière laser.

Les revêtements qui absorbent autant que possible l'énergie des lasers à haute puissance sans se décomposer sont essentiels pour les détecteurs de puissance optique qui mesurent la sortie de ces lasers, qui sont utilisés, par exemple, dans les équipements militaires pour le désamorçage des mines non explosées. Le nouveau matériau améliore la version antérieure du NIST d'un revêtement de nanotubes pulvérisé pour les détecteurs de puissance optique et a déjà suscité l'intérêt de l'industrie.

"C'est vraiment du matériel remarquable, " Le co-auteur du NIST, John Lehman, déclare. "C'est un moyen de fabriquer des super-nanotubes. Il a l'optique, propriétés thermiques et électriques des nanotubes avec la robustesse de la céramique haute température."

Le composite a été développé par l'État du Kansas. Des chercheurs du NIST ont suggéré d'utiliser du toluène pour enrober uniformément des nanotubes individuels avec une coque en céramique. Ils ont également effectué des études de dommages montrant à quel point le composite tolère l'exposition à la lumière laser.

Le NIST a développé et maintenu des normes de puissance optique pendant des décennies. Dans les années récentes, Les chercheurs du NIST ont recouvert des détecteurs optiques de nanotubes en raison de leur combinaison inhabituelle de propriétés souhaitables, y compris la couleur noire intense pour une absorption maximale de la lumière.

Le nouveau composite est constitué de nanotubes de carbone multiparois et d'une céramique en silicium, bore, carbone et azote. Le bore augmente la température à laquelle le matériau se décompose. Les nanotubes ont été dispersés dans du toluène, auquel un polymère liquide clair contenant du bore a été ajouté goutte à goutte, et le mélange a été chauffé à 1, 100 degrés C. Le composite résultant a ensuite été broyé en une poudre fine, dispersé dans du toluène, et pulvérisé en couche mince sur les surfaces en cuivre. Les chercheurs ont cuit les échantillons de test, puis les ont exposés à un faisceau laser infrarouge lointain du type utilisé pour couper des matériaux durs.

L'analyse a révélé que le revêtement absorbait 97,5% de la lumière et tolérait 15 kilowatts de puissance laser par centimètre carré pendant 10 secondes. Il s'agit d'une tolérance aux dommages d'environ 50 % supérieure à celle signalée par d'autres groupes de recherche pour des revêtements similaires, tels que les nanotubes seuls et la peinture au carbone, testés avec la même longueur d'onde de lumière, selon le papier. Les nanotubes et le carbone de type graphène absorbent la lumière uniformément et transmettent bien la chaleur, tandis que la céramique résistante à l'oxydation augmente la résistance aux dommages. Le matériau pulvérisé adhère également bien à la surface du cuivre. En prime, le composite peut être produit facilement en grande quantité.

Après exposition à la lumière, les revêtements ont été analysés en utilisant plusieurs techniques différentes. La microscopie électronique n'a révélé aucune destruction majeure telle que brûlure ou déformation. D'autres tests ont montré que le revêtement était adaptable, avec la coque en céramique s'oxydant partiellement en une couche stable de dioxyde de silicium (quartz).