(Phys.org) — Band av ultratunn grafen i kombination med polyuretanfärg avsedda för bilar är precis rätt för avisning av känsliga militära radarkupoler, enligt forskare vid Rice University.

Kemisten James Tours rislab, i samarbete med Lockheed Martin, utvecklat föreningen för att skydda marina och luftburna radarer med en robust beläggning som också är transparent för radiofrekvenser.

Forskningen publicerades i veckan i tidskriften American Chemical Society Tillämpade material och gränssnitt .

Skrymmande radarkupoler (kända som "radomer") som de som ses på militära fartyg hindrar is och underkylt regn från att bildas direkt på antenner. Men själva kupolerna måste också hållas fria från is som kan skada dem eller göra dem instabila. Denna uppgift utförs vanligtvis med en metallram som stöder och värmer keramisk aluminiumoxid (aluminiumoxid), sa Tour. Men dessa material är tunga, och metalliska element måste installeras långt från källan för radiosignaler för att inte störa.

"Det är väldigt svårt att avisa dessa aluminiumoxidkupoler, Tour sa. "Det krävs mycket kraft för att värma dem när de är belagda med is eftersom de är mycket dåliga ledare."

Ange grafen, det enatomtjocka arket av kol som både leder elektricitet och, för den är så tunn, låter radiofrekvenser passera obehindrat. Spray-on avisningsmaterial som innehåller grafen nanoband skulle vara lättare, billigare och effektivare än nuvarande metoder, sa Tour.

"Detta började när (Lockheed Martin-ingenjören) Vladimir Volman såg en presentation av Yu Zhu, en postdoc i mitt labb vid den tiden, " sa han. "Volman hade beräknat att man kunde passera en ström genom en grafenfilm som är mindre än 100 nanometer tjock och få resistiv uppvärmning som skulle vara bra för avisning. Zhu presenterade sin teknik för att spraya nanorbandsfilmer och Volman insåg potentialen."

Orörd grafen överför elektricitet ballistiskt och skulle inte producera tillräckligt med värme för att smälta is eller hålla den från att bildas, men grafen nanorribbons (GNR) som lossats från flerväggiga kolnanorör i en kemisk process som uppfanns av Tour-gruppen 2009 gör jobbet bra, han sa. När det är jämnt fördelat på ett fast föremål, banden överlappar varandra och elektroner passerar från en till nästa med precis tillräckligt motstånd för att producera värme som en biprodukt. Effekten kan justeras utifrån beläggningens tjocklek, sa Tour.

I inledande experiment, teamet ledd av Volman och Zhu sprayade en yta med lösliga GNR. "De sa att det fungerar utmärkt, men det lossnar på våra fingrar när vi rör vid det, " sa Tour.

Han hittade lösningen i en reservdelsaffär i Houston. "Jag köpte lite polyuretan billack, som är extremt robust. På en bil, det varar i åratal. Så när vi kombinerade färgen och GNR och belade våra prover, den hade alla egenskaper vi behövde."

Laboratorieprover upp till två kvadratfot monterades med ett flexibelt polymersubstrat, polyimid, som spraybelagts med polyuretanfärg och fick torka. Det belagda underlaget lades sedan på en värmeplatta för att mjuka upp färgen, och en tunn GNR-rock airbrushades på. När det torkat, de inbäddade banden blev omöjliga att ta bort. Tour sa att forskarna också har försökt sätta GNR under polyuretanfärgen med bra resultat.

Det 100 nanometer skiktet av GNR:er - tusentals gånger tunnare än ett människohår - var ansluten till platinaelektroder. Använder spänning som är vanlig för system ombord, blandningen var tillräcklig för att avisa laboratorieprover som kylts till -4 grader Fahrenheit inom några minuter. Ytterligare experiment visade att de var nästan osynliga för radiofrekvenser.

Tour sa att tillgången på nanoband inte längre är ett problem nu när de produceras i industriella kvantiteter.

"Nu går vi till nästa nivå, " han sa, noterar att GNR-filmer gjorda till transparenta filmer kan vara användbara för avisning av bilvindrutor, ett projekt som labbet har för avsikt att driva.

Volman föreslog att materialet skulle göra en övertygande konkurrent till nyligen marknadsförda nanorörsbaserade aerogeler för avisning av flygplan på vintern. "Vi har tekniken, vi har materialet, ", sa han. "Den är mycket hållbar och kan sprayas på för att värma upp vilken yta som helst."