Композит из керамики и нанотрубок показал исключительную устойчивость к лазерному излучению

Учёные под руководством Ромила Бхандавата (Romil Bhandavat) из Университета штата Канзас (США) разработали композитный материал, объединяющий многослойные углеродные нанотрубки и керамику, которая состоит из кремния, бора, углерода и азота.

Новый материал под микроскопом (здесь и ниже иллюстрации Kansas State University).

Чтобы получить композит, во взвесь нанотрубок, равномерно распределённых в толуоле, капают жидким полимером, содержащим бор. Затем жидкость подогревают до 1 100 °С, а полученный промежуточный материал размалывают в тонкий порошок и напыляют на медные поверхности.

Нанотрубки играют в новинке ключевую роль из-за своей высокой теплопроводности и отличного отношения объёма к площади поверхности. А керамика, которой нанотрубки равномерно передают тепло, обеспечивает высокую термостойкость всего композита, не допуская разрушения нанотрубок от перегрева.

После нанесения на медные пластины материал становится пригодным к использованию в качества защиты от инфракрасного излучения, включая диапазон «атмосферного окна» ИК-излучения.

Бор в составе композита придаёт ему значительную теплостойкость. В экспериментах исследователи выяснили, что новое напыление поглощает 97,5% лазерного излучения и выдерживает луч до 15 кВт/см² в течение десяти секунд. Это примерно вполовину лучше, чем у другого перспективного композита из углеродных нанотрубок, защищающего от ИК-лазера (использовался другой научной группой). При этом последующие исследования структуры композита под электронным микроскопом не показали деформаций. Отмечается, что техпроцесс, с помощью которого материал изготавливается в лаборатории, легко масштабируем и пригоден для массового производства.

Самой перспективной областью применения нового материала авторы называют калибровку ИК-лазеров (где только не используемых). Кроме того, по их словам, на основе такой керамики возможно изготовление элементов анода в литий-ионных батареях.

Отчёт о работе опубликован в журнале ACS Applied Materials and Interface, а с его главными положениями можно ознакомится здесь.

Подготовлено по материалам Национального института стандартов и технологий.