Новая работа химика Райса Джеймса Тура и его коллег позволила очистить стеклянные поверхности от лобовых стекол до небоскребов ото льда и тумана, сохранив при этом их прозрачность для радиочастот (RF).Технология была представлена в этом месяце в журнале Американского химического общества Applied Materials and Interfaces.Материал состоит из графеновых нанолент, углеродных полосок толщиной в атом, созданных путем расщепления нанотрубок, процесс, также изобретенный лабораторией Тура.
Будь то напыленные, окрашенные или центрифугированные, ленты прозрачны и проводят тепло и электричество.Это изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает сеть проводящих нанолент в пленке из графеновых нанолент высокой плотности Университета Райса. Предоставлено: A.O. Раджи / Университет Райса
В прошлом году группа Rice создала пленки из перекрывающихся нанолент и полиуретановой краски, чтобы растопить лед на чувствительных куполах военных радаров, которые необходимо держать подальше ото льда, чтобы поддерживать их максимальную производительность. Материал заменит громоздкий и энергоемкий каркас из оксида металла.Краска, пропитанная графеном, работала хорошо, сказал Тур, но там, где она была самой толстой, она ломалась под воздействием мощных радиосигналов. «При очень высоком уровне радиочастоты более толстые части поглощали сигнал», — сказал он. «Это привело к ухудшению качества пленки. Эти пятна стали настолько горячими, что сгорели».
Ответ заключался в том, чтобы сделать фильмы более последовательными. Новые пленки имеют толщину от 50 до 200 нанометров — толщину человеческого волоса около 50 000 нанометров — и сохраняют способность нагреваться при приложении напряжения. Исследователи также смогли сохранить свою прозрачность. Пленки по-прежнему используются для борьбы с обледенением, но могут использоваться для покрытия стекла и пластика, а также радиолокационных куполов и антенн.
Это изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает крупный план сети нанолент в пленке из графеновых нанолент высокой плотности Университета Райса. Предоставлено: A.O. Раджи / Университет РайсаВ предыдущем процессе наноленты были смешаны с полиуретаном, но тестирование показало, что сами графеновые наноленты образуют активную сетку при нанесении непосредственно на поверхность.
Впоследствии для защиты они были покрыты тонким слоем полиуретана. Образцы распределяли на предметных стеклах, которые затем замораживали.
Исследователи сообщили, что когда напряжение было приложено к любой стороне слайда, лед таял в течение нескольких минут даже при температуре окружающей среды минус 20 градусов по Цельсию.«Теперь можно подумать об использовании этих пленок в автомобильном стекле в качестве невидимого антиобледенителя и даже в небоскребах», — сказал Тур. «Стеклянные небоскребы можно защитить от тумана и льда, но они также будут прозрачными для радиочастот. В наши дни действительно неприятно оказаться в здании, где не работает ваш мобильный телефон.
Это может помочь решить эту проблему».Тур отметил, что будущие поколения Wi-Fi на большие расстояния также могут выиграть. «Это будет важно, поскольку Wi-Fi становится все более распространенным, особенно в городах.
Сигналы не могут пройти через что-либо металлическое по своей природе, но эти слои настолько тонкие, что у них не будет проблем с проникновением».Он сказал, что пленки из нанолент также открывают путь к встраиванию электронных схем в стекло, которые являются оптически и прозрачными для радиочастот.Аспирант Райс Абдул-Рахман Раджи является ведущим автором статьи.
Соавторы — аспирант Райс Эррол Сэмюэл и исследователь Сидней Солтерс, студент Второй баптистской школы в Хьюстоне; Выпускник риса Ю Чжу, ныне доцент Университета Акрона, штат Огайо; и Владимир Волман, инженер Lockheed Martin. Тур — это T.T. и W.F. Кафедра химии Чао, а также профессор материаловедения, наноинженерии и информатики.
Он является членом Института наноразмерных исследований и технологий Ричарда Э. Смолли.Компания Lockheed Martin Aerospace Co. в рамках программы LANCER IV, Междисциплинарная университетская исследовательская инициатива Управления военно-морских исследований и Управление научных исследований ВВС поддержали исследование.