據報道,美國佛羅里達州立大學(FSU)工程學院和佛羅里達農工大學(FAMU)共同成立的高性能材料研究所(HPMI)的研究人員正在開發一種由碳納米管和巴基紙制成的超薄復合材料熱盾/隔熱板(heat shield),以更好地保護超高速飛行器。
航空航天領域越來越依賴碳纖維增強聚合物復合材料來制造衛星、火箭和噴氣飛機等超高速飛行器的結構件。但是這些材料的壽命受到熱環境的限制。現有的隔熱板通常要比其保護的基層材料厚許多,因此HPMI團隊著手設計并制造出薄如皮膚的隔熱板,實現既可以保護飛機,又起到結構支撐的作用。
HPMI主任理查德·梁教授(Richard Liang教授)解釋說:“目前,我們的飛行系統變得越來越高速,甚至進入了超過音速五倍的高超音速系統。當速度如此之高時,表面會有更多的熱量。因此,我們需要一個更好的熱保護系統。”
巴基紙(Buckypaper),即碳納米管片狀材料,一直是HPMI研究的重點。研究團隊將具有出色導熱和導電能力的巴基紙浸入酚醛樹脂混合物中,制造出一種重量輕、柔軟且耐用的復合材料隔熱板,足以保護超高速飛行器免受飛行過程中產生的極高熱量的傷害。
研究人員對制造的不同厚度的隔熱板樣品進行了隔熱性能測試。用火焰灼燒樣品以考察它們如何阻止熱量到達需要保護的碳纖維層。之后,研究人員將樣品彎曲以觀察其剩余強度。測試發現帶有巴基紙的樣品在熱擴散和阻止熱量到達基層方面比對照樣品更好。與沒有納米管保護層的對照樣品相比,帶有巴基紙的樣品堅固性和柔性也更好。與現有的陶瓷隔熱板相比,柔性更好的碳納米管增強隔熱板在高溫下不易破裂,也更輕巧,對于飛行器減重極為有利。
美國空軍科學研究所對該項目進行了部分支持。 |