Badacze z KIMS (Korea Institute of Materials Science) i KIST (Korea Institute of Science and Technology) zaprezentowali technologię otrzymywania ultracienkiej powłoki kompozytowej do zastosowań lotniczych, łączącej w sobie funkcjonalność w zakresie ekranowania fal elektromagnetycznych, maskowania w podczerwieni i zwiększenia odporności mechanicznej.
Zasada działania powłoki wykorzystuje unikalne właściwości struktury kompozytowej powstałej poprzez połączenie nanorurek węglowych i nanomateriałów z grupy MXenes o dwuwymiarowej strukturze krystalicznej, na zasadzie przypominającej współpracę cegieł i zaprawy w konstrukcjach murowanych.
Wobec szybkiego rozwoju systemów obrony powietrznej i środków walki radio-elektronicznej, rośnie zapotrzebowanie na lekkie i uniwersalne materiały powłokowe typu stealth, zdolne zarówno do tłumienia fal radiolokacyjnych, jak i ochrony przed zagrożeniami elektromagnetycznymi. Typowe powłoki metaliczne tego typu są stosunkowo ciężkie, podatne na korozję i wymagają daleko idącej specjalizacji. Obiecującą alternatywę stanowią nanorurki węglowe, wykazujące się niską masą, wytrzymałością mechaniczną i efektywnością ekranowania elektromagnetycznego. Niestety, cechują się względnie wysoką emisyjnością w podczerwieni, a ich włóknisty charakter utrudnia ich rozprowadzenie po dużej powierzchni płaskiej. Z kolei nanomateriały typu MXene przejawiają niską emisyjność w podczerwieni, ale ich wytrzymałość i stabilność w dłuższym horyzoncie czasowym ograniczają możliwość ich praktycznego zastosowania. Stąd potrzeba syntezy powłoki łączącej wszystkie żądane funkcjonalności.
Powyższe ograniczenia przezwyciężono łącząc nanorurki węglowe z nanomateriałem typu MXene w ramach kompozytu inspirowanego techniką murarską. Powierzchnię nanorurek węglowych sfunkcjonalizowano grupami aminowymi w calu zapewnienia lepszego związania MXene, wypełniającego przestrzeń pomiędzy nanorurkami. W tak otrzymanej strukturze możliwość poślizgu indywidualnych włókien nanorurek została ograniczona, zwiększając tym samym wytrzymałość mechaniczną. W strukturze materiału powstały też pasma przewodzące prąd elektryczny, zwiększające wydajność ekranowania. Zewnętrza warstwa nanomateriałów MXene przełożyła się na zaś na redukcję emisyjności w podczerwieni.
Przy grubości tak otrzymanej powłoki wynoszącej zaledwie 17,5 µm, uzyskano skuteczność ekranowania elektromagnetycznego na poziomie 90 dB i wytrzymałość na rozciąganie 1,02 GPa. Co więcej, materiał wykazał się zmniejszoną emisyjnością promieniowania podczerwonego i stabilnością w podwyższonej temperaturze i wysokiej wilgotności.
Jak wyjaśnia dr Taehoon Kim z KIMS, za sukcesem technologii kryje się połączenie nanomateriałów o różnej charakterystyce, z zachowaniem zalet każdego z nich, przy jednoczesnej kompensacji ich ograniczeń. Jego zdaniem materiał może zostać użyty nie tylko na powłoki dla trudnowykrywalnych samolotów bojowych nowej generacji i systemów uzbrojenia, lecz także w szerszych zastosowaniach w kontekście zaburzeń elektromagnetycznych w elektronice i komunikacji.
kims.re.kr
