Nanorubans de graphène noyés dans de la peinture polyuréthane, vu dans une image au microscope électronique, font partie d'une solution de dégivrage créée par Rice et Lockheed Martin. La barre d'échelle est égale à 1 micromètre. Crédit:Le groupe de tournée
(Phys.org) —Des rubans de graphène ultrafin combinés à de la peinture polyuréthane destinés aux voitures sont parfaits pour dégivrer les dômes de radars militaires sensibles, selon les scientifiques de l'Université Rice.
Le laboratoire Rice du chimiste James Tour, en collaboration avec Lockheed Martin, a développé le composé pour protéger les radars marins et aéroportés avec un revêtement robuste qui est également transparent aux fréquences radio.
La recherche a été publiée cette semaine dans la revue American Chemical Society Matériaux appliqués et interfaces .
Les dômes radar encombrants (appelés "radômes") comme ceux que l'on voit sur les navires militaires empêchent la formation de glace et de pluie verglaçante directement sur les antennes. Mais les dômes eux-mêmes doivent également être exempts de glace qui pourrait les endommager ou les rendre instables. Cette tâche est généralement accomplie avec une armature métallique qui supporte et chauffe l'alumine céramique (oxyde d'aluminium), Tour dit. Mais ces matériaux sont lourds, et les éléments métalliques doivent être installés loin de la source des signaux radio pour éviter toute interférence.
"Il est très difficile de dégivrer ces dômes d'alumine, ", a déclaré Tour. "Il faut beaucoup d'énergie pour les chauffer lorsqu'ils sont recouverts de glace, car ce sont de très mauvais conducteurs."
Entrez le graphène, la feuille de carbone d'un seul atome d'épaisseur qui conduit à la fois l'électricité et, parce que c'est si mince, permet aux fréquences radio de passer sans entrave. Un matériau de déglaçage à vaporiser qui incorpore des nanorubans de graphène serait plus léger, moins cher et plus efficace que les méthodes actuelles, Tour dit.
"Cela a commencé lorsque (l'ingénieur de Lockheed Martin) Vladimir Volman a vu une présentation de Yu Zhu, un postdoc dans mon labo à l'époque, ", a-t-il déclaré. "Volman avait calculé que l'on pouvait faire passer un courant à travers un film de graphène de moins de 100 nanomètres d'épaisseur et obtenir un chauffage résistif qui serait idéal pour le dégivrage. Zhu présentait sa technique de pulvérisation de films de nanorubans et Volman en a reconnu le potentiel."
Le graphène vierge transmet l'électricité de manière balistique et ne produirait pas assez de chaleur pour faire fondre la glace ou l'empêcher de se former, mais les nanorubans de graphène (GNR) décompressés à partir de nanotubes de carbone multiparois dans un processus chimique inventé par le groupe Tour en 2009 font bien le travail, il a dit. Lorsqu'il est uniformément dispersé sur un objet solide, les rubans se chevauchent et les électrons passent de l'un à l'autre avec juste assez de résistance pour produire de la chaleur comme sous-produit. L'effet peut être ajusté en fonction de l'épaisseur du revêtement, Tour dit.
Dans les premières expériences, l'équipe dirigée par Volman et Zhu a enduit par pulvérisation une surface avec des GNR solubles. "Ils ont dit que cela fonctionnait très bien, mais il se détache sur nos doigts quand on le touche, ", a déclaré la tournée.
Il a trouvé la solution dans un magasin de pièces automobiles de Houston. "J'ai acheté de la peinture polyuréthane pour voiture, qui est extrêmement robuste. Sur une voiture, ça dure des années. Ainsi, lorsque nous avons combiné la peinture et les GNR et enduit nos échantillons, il avait toutes les propriétés dont nous avions besoin."
Des échantillons de laboratoire jusqu'à deux pieds carrés ont été assemblés à l'aide d'un substrat polymère flexible, polyimide, qui a été pulvérisé avec de la peinture polyuréthane et laissé sécher. Le substrat enduit a ensuite été mis sur une plaque chauffante pour ramollir la peinture, et une fine couche de GNR a été appliquée à l'aérographe. Une fois séché, les rubans incrustés sont devenus impossibles à retirer. Tour a déclaré que les chercheurs avaient également essayé de mettre des GNR sous la peinture polyuréthane avec de bons résultats.
Un nouveau composé créé par Rice University et Lockheed Martin fournit un manteau de fonte de glace robuste pour marine, aéroportée et autres utilisations. L'élément actif est constitué de nanotubes de carbone "décompressés" en rubans. Crédit :Groupe de touristes
La couche de 100 nanomètres de GNR – des milliers de fois plus fine qu'un cheveu humain – était accrochée à des électrodes de platine. En utilisant la tension commune aux systèmes de bord, le composé était suffisant pour dégivrer des échantillons de laboratoire refroidis à -4 degrés Fahrenheit en quelques minutes. D'autres expériences ont montré qu'elles étaient presque invisibles aux fréquences radio.
Tour a déclaré que la disponibilité des nanorubans n'est plus un problème maintenant qu'ils sont produits en quantités industrielles.
« Maintenant, nous passons au niveau supérieur, " il a dit, notant que les films GNR transformés en films transparents pourraient être utiles pour le dégivrage des pare-brise des voitures, un projet que le laboratoire a l'intention de poursuivre.
Un guide d'ondes du laboratoire du chimiste James Tour de l'Université Rice encadre un film de nanoruban de graphène pour le test. Le riz a développé le matériau comme un mince, dégivreur robuste pour dômes radar et autres applications.Crédit :Tour Group
Volman a suggéré que le matériau ferait un concurrent convaincant pour les aérogels à base de nanotubes récemment vantés pour le dégivrage des avions en hiver. « Nous avons la technologie ; nous avons le matériel, " Il a dit. " Il est très durable et peut être pulvérisé pour chauffer n'importe quel type de surface. "
