Ленты из графена, совмещённые с обычной полиуретановой краской для автомобилей, могут стать лучшим выбором для обтекателей радаров военного назначения. И не только для них, полагают американские инженеры.

Хотя крупные радарные обтекатели на боевых кораблях оберегают антенны ото льда и ледяного дождя, сами они вполне уязвимы к таким погодам. Как их защитить? Обычно эти купола оснащают металлической рамкой, в которой есть включения из оксида алюминия. Увы, металл мешает радиосигналам, а глинозёмная керамика (оксид алюминия) имеет недостаток похуже: это очень плохой проводник, отчего полная очистка ото льда требует серьёзных энергозатрат. Впрочем, эта проблема мучает не только военных, благо любой самолёт или даже автомобиль тоже не в вакууме движутся.

Рис. 1. Отдельная нанолента (слева) получается «распарыванием» углеродной нанотрубки. Справа: наноленты из графена, защищённые полиуретаном. (Здесь и ниже иллюстрации Tour Group).

В общем, некто Ю Чжу (Yu Zhu) из Университета Райса (США) однажды подумал: а почему бы глинозёмную керамику не заменить на графен? В самом деле, он вполне прилично проводит ток и имеет отличный резистивный нагрев. Идея понравилась инженеру Lockheed Martin Владимиру Вольману (Vladimir Volman), собиравшемуся предложить подобную технологию военным (для начала). И всё завертелось.

Обычный графеновый лист для этого не очень подходит: электроны в нём переносятся так легко, что нагрева почти нет. А вот графеновые наноленты — по сути, «распоротые» многослойные нанотрубки — нагреваются достаточно, чтобы из них выходило относительно тонкое (100 нм) эффективное антиобледенительное покрытие.

Дело в том, что наноленты неизбежно перехлёстываются, и электроны с одной перескакивают на другую. Именно в момент такого скачка и получается нагрев нужной интенсивности.

В первых экспериментах авторы разработки использовали лишь спрей, содержащий взвесь таких нанолент, и всё было просто замечательно: обледенение молниеносно исчезало даже при сравнительно малых энергозатратах.

К сожалению, «механика» покрытия была ущербной: даже при толщине в 100 нм банальная царапина (да хоть ногтем) приводила к частичному разрушению слоя. Тогда учёные попробовали стандартные методы защиты металлоконструкций, а именно автомобильную полиуретановую краску, которую купили в обычном магазине. Покрыв ею слой нанолент, они обнаружили, что им не обойтись без связующего. И им стали полиимиды.

Образцы покрытия по площади пока не превышают 0,2 м², но технологически изготовление более крупных пластин не проблема, говорят материаловеды. Используя напряжение, характерное для бортовой корабельной сети американских ВМС, удалось освободить ото льда поверхности при температурах вплоть до –16 °С, то есть вполне достаточных для реальных условий, особенно с учётом того, что в жизни при большем морозе обледенение часто не идёт по объективным причинам:

Что особенно важно, весь комплекс соединений, покрывающих графеновые наноленты, как и они сами, оказался почти невидимым в радиодиапазоне. С учётом уже налаженного производства сырья для нанолент из графена (а это многослойные углеродные нанотрубки) каких-либо препятствий для внедрения новой технологии в интересах военных пока не видно…

Рис. 2. Радиопрозрачный обтекатель не должен препятствовать распространению радиоволн, и графеновые «тэны» отлично справились с этой задачей.

Само собой, несмотря на изначально узкую специализацию разработки, по мере наращивания производства нанолент она вполне способна найти и иные применения. Это может быть борьба с обледенением в гражданской авиации, где пока всё ограничивается нанесением антиобледенительных реагентов перед полётом, что затратно во всех смыслах и не всегда, увы, помогает.