Nanocintas de grafeno incrustadas en pintura de poliuretano, visto en una imagen de microscopio electrónico, son parte de una solución de deshielo creada por Rice y Lockheed Martin. La barra de escala es igual a 1 micrómetro. Crédito:The Tour Group
(Phys.org) —Las cintas de grafeno ultradelgado combinadas con pintura de poliuretano para automóviles son ideales para descongelar las cúpulas de los radares militares sensibles. según científicos de la Universidad de Rice.
El laboratorio de Rice del químico James Tour, en colaboración con Lockheed Martin, desarrolló el compuesto para proteger radares marinos y aéreos con un revestimiento robusto que también es transparente a las frecuencias de radio.
La investigación fue publicada esta semana en la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados .
Las cúpulas de radar voluminosas (conocidas como "radomos"), como las que se ven en los barcos militares, evitan que el hielo y la lluvia helada se formen directamente en las antenas. Pero las propias cúpulas también deben mantenerse libres de hielo que podría dañarlas o volverlas inestables. Esta tarea generalmente se logra con una estructura metálica que soporta y calienta la alúmina cerámica (óxido de aluminio), Tour dijo. Pero estos materiales son pesados, y los elementos metálicos deben instalarse lejos de la fuente de señales de radio para evitar interferencias.
"Es muy difícil descongelar estas cúpulas de alúmina, ", Dijo Tour." Se necesita mucha energía para calentarlos cuando están cubiertos de hielo porque son muy malos conductores ".
Ingrese el grafeno, la hoja de carbono de un solo átomo de espesor que conduce la electricidad y, porque es tan delgado, permite que las frecuencias de radio pasen sin obstáculos. El material de deshielo en aerosol que incorpora nanocintas de grafeno sería más liviano, más barato y más eficaz que los métodos actuales, Tour dijo.
"Esto comenzó cuando (el ingeniero de Lockheed Martin) Vladimir Volman vio una presentación de Yu Zhu, un postdoctorado en mi laboratorio en ese momento, ", dijo." Volman había calculado que uno podría pasar una corriente a través de una película de grafeno de menos de 100 nanómetros de espesor y obtener un calentamiento resistivo que sería excelente para descongelar. Zhu estaba presentando su técnica para rociar películas de nanocintas y Volman reconoció el potencial ".
El grafeno prístino transmite electricidad balísticamente y no produciría suficiente calor para derretir el hielo o evitar que se forme. pero las nanocintas de grafeno (GNR) descomprimidas de nanotubos de carbono de paredes múltiples en un proceso químico inventado por el grupo Tour en 2009 hacen el trabajo muy bien, él dijo. Cuando se dispersa uniformemente sobre un objeto sólido, las cintas se superponen y los electrones pasan de uno a otro con la resistencia suficiente para producir calor como subproducto. El efecto se puede ajustar en función del grosor del revestimiento, Tour dijo.
En experimentos iniciales, el equipo dirigido por Volman y Zhu recubrió una superficie con GNR solubles. "Dijeron que funciona muy bien, pero se nos cae en los dedos cuando lo tocamos, "Dijo Tour.
Encontró la solución en una tienda de autopartes de Houston. "Compré pintura de poliuretano para autos, que es extremadamente robusto. En un carro dura años. Entonces, cuando combinamos la pintura y los GNR y recubrimos nuestras muestras, tenía todas las propiedades que necesitábamos ".
Se ensamblaron muestras de laboratorio de hasta dos pies cuadrados utilizando un sustrato de polímero flexible, poliimida que se revistió por pulverización con pintura de poliuretano y se dejó secar. Luego, el sustrato recubierto se colocó en una placa calefactora para ablandar la pintura, y una fina capa de GNR se aplicó con aerógrafo. Cuando se seca, las cintas incrustadas se volvieron imposibles de quitar. Tour dijo que los investigadores también han intentado poner GNR debajo de la pintura de poliuretano con buenos resultados.
Un nuevo compuesto creado por Rice University y Lockheed Martin proporciona una capa robusta para derretir hielo para uso marino, aerotransportados y otros usos. El elemento activo consiste en nanotubos de carbono "descomprimidos" en cintas. Crédito:Tour Group
La capa de 100 nanómetros de GNR, miles de veces más delgada que un cabello humano, estaba conectada a electrodos de platino. Usando voltaje común a los sistemas de a bordo, el compuesto fue suficiente para descongelar muestras de laboratorio enfriadas a -4 grados Fahrenheit en minutos. Experimentos posteriores encontraron que eran casi invisibles a las frecuencias de radio.
Tour dijo que la disponibilidad de nanocintas ya no es un problema ahora que se producen en cantidades industriales.
"Ahora vamos al siguiente nivel, " él dijo, señalando que las películas GNR convertidas en películas transparentes podrían ser útiles para descongelar los parabrisas de los automóviles, un proyecto que el laboratorio tiene la intención de llevar a cabo.
Una guía de ondas en el laboratorio de la Universidad de Rice del químico James Tour enmarca una película de nanocintas de grafeno para la prueba. Rice desarrolló el material como un delgado, Descongelador robusto para domos de radar y otras aplicaciones.Crédito:Tour Group
Volman sugirió que el material sería un competidor convincente para los aerogeles basados en nanotubos recientemente promocionados para descongelar aviones en el invierno. "Tenemos la tecnología; tenemos el material, ", dijo." Es muy duradero y se puede rociar para calentar cualquier tipo de superficie ".
