Les nanotubes comme protection contre un laser militaire 27.04.2013

Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l'Université du Kansas (Kansas State University) ont démontré une nouvelle composition d'aérosol basée sur un mélange de nanotubes de carbone et de céramiques spéciales, dont le revêtement vous permet d'absorber efficacement la lumière laser, y compris combat. De tels revêtements, qui sont capables d'absorber la plupart de l'énergie du faisceau laser sans s'effondrer en même temps et ne permettant pas de détruire l'objet qu'ils protègent, sont non seulement un moyen efficace de protection contre les lasers de combat, ils sont également utilisés pour protéger des capteurs qui mesurent l'énergie de rayonnement des lasers utilisés par les militaires pour le dynamitage à distance munitions non explosées et engins explosifs.

La base du nouveau matériau aérosol est un matériau développé par les chercheurs du NIST pour protéger les capteurs d'énergie optique, qui sont déjà utilisés dans diverses industries. "Nous avons un nouveau matériau de blindage vraiment cool", déclare John Lehman, chercheur au NIST. "Il combine toutes les propriétés optiques, thermiques et électriques positives des nanotubes de carbone avec la fiabilité et la durabilité des céramiques à haute température."

Le nouveau matériau aérosol est constitué de nanotubes de carbone à parois multiples, de plusieurs nanotubes de diamètres différents les uns dans les autres et d'un matériau céramique composé de silicium, de bore, de carbone et d'azote. La présence de bore dans la composition de la céramique permet d'élever la température à laquelle ce matériau commence à fondre et à se casser.

Pour obtenir une nouvelle composition, les scientifiques ont mélangé des nanotubes avec du toluène, une matière organique liquide, puis ont ajouté goutte à goutte, sous agitation constante, un matériau polymère chauffé à une température de 1100 degrés Celsius, qui contient du bore et d'autres substances nécessaires à l'obtention d'un haut- température céramique, à ce mélange. La composition résultante est chauffée à haute température, le solvant s'évapore et le précipité résultant est broyé en une poudre fine, qui est à nouveau mélangée avec un solvant à base de toluène.

Les chercheurs, à l'aide d'un aérographe conventionnel, ont appliqué une fine couche du matériau à la surface du cuivre et, après séchage, ont focalisé un faisceau d'un laser infrarouge à longue longueur d'onde, un laser utilisé pour couper le métal et d'autres matériaux durs, sur le surface du matériau. L'analyse des données recueillies a montré que le revêtement a absorbé avec succès 97.5 % de l'énergie du faisceau laser et a résisté à un niveau d'énergie de 15 kW par centimètre carré de surface sans destruction. Ces chiffres sont exactement deux fois plus élevés que ceux démontrés par d'autres matériaux à base de nanotubes purs et de revêtements contenant du carbone développés pour la protection contre la lumière laser.

Les nanotubes et autres matériaux carbonés comme le graphène absorbent la lumière de manière uniforme et transfèrent la chaleur aux zones voisines, abaissant la température au point de contact avec le faisceau laser. Les composés céramiques à haute température résistant à l'oxydation confèrent au revêtement protecteur une résistance mécanique élevée et une résistance aux dommages causés par les températures élevées. Il convient de noter que le nouveau matériau a une capacité adhésive élevée, ce qui lui permet d'être appliqué sur des surfaces constituées de différents matériaux. De plus, le processus de production du matériau de protection est assez simple et peut être réalisé en grande quantité sans trop de difficulté.

À l'aide d'un microscope électronique, les scientifiques ont examiné plus attentivement le point de contact du revêtement protecteur avec le faisceau laser. Ces études ont montré l'absence complète des principaux types de destruction de matériaux, tels que la combustion et la déformation. Ce n'est que dans quelques petits endroits, où la concentration de nanotubes était faible, que le matériau céramique a fondu, se transformant en un dioxyde de silicium stable, le verre de quartz, qui a néanmoins continué à jouer un rôle protecteur.