Nanotechnologia

Buckypaper – Nowy kompozyt z CNT dla lotnictwa

Zespół badaczy z Florida A&M University – Florida State University (FAMU-FSU) pracuje aktualnie nad innowacyjną zmianą warstwy wierzchniej osłony termicznej w lotnictwie – stworzyli buckypaper (kompozyt polimerowo-nanorurkowy). Chodzi o kwestię nagrzewania się powłoki zewnętrznej samolotów odrzutowych czy rakiet, podczas osiągania dużych prędkości. Jako, że obecne systemy mogą być do 5 razy szybsze od dźwięku, generowane ciepło może potencjalnie uszkadzać strukturę maszyny.

Problemem, z którym postanowili się zmierzyć naukowcy z FAMU-FSU była grubość i elastyczność nanoszonej warstwy ochronnej na warstwę bazową. W starszych maszynach warstwy ochronne były znacznie grubsze niż te spreparowane w badaniach. Jednocześnie ważną cechą fizykochemiczną w tej kwestii jest przewodność cieplna wierzchniej warstwy z nowego materiału. Tym nowym materiałem okazało się być połączenie warstwowo ułożonych nanorurek węglowych (CNT) tzw. „buckypaper”, z żywicą otrzymaną z fenolu. Nanorurki są mniej podatne na łamanie przy wysokich temperaturach. CNT są w tej kwestii lepsze niż inne materiały ceramiczne do produkcji osłon cieplnych. Są lekkie, co pomaga inżynierom zredukować wagę dowolnego elementu samolotu, poprawiając zdolność do lotu.

Badacze postanowili, po uzyskanych wstępnych wynikach, przeprowadzić testy wytrzymałości. Jednym z nich był test płomienia, dzięki któremu sprawdzono wytrzymałość na zginanie po wystawieniu próbki na działanie płomienia. Zmienną wśród badanych próbek była grubość warstwy ochronnej, czyli ilość dodanego buckypaper. Próbką kontrolną był materiał niezawierający CNT. Zaobserwowali, że próbki z warstwami z buckypaper rozpraszały ciepło lepiej niż próbki kontrolne. Dzięki temu nie pozwalały ciepłu na dotarcie do warstwy bazowej, tym samym nie ingerując w wytrzymałość jej struktury. Próbki pozostały wytrzymałe i giętkie w porównaniu do próbek kontrolnych wytworzonych bez udziału ochronnych warstw z nanorurek. Materiały stworzone przez badaczy mogą realnie ochronić strukturę rakiety lub odrzutowca przed intensywnym ciepłem, które na nie oddziałuje podczas lotu. Ten projekt pozwala inżynierom na zbudowanie bardzo cienkiej osłony, coś w rodzaju skóry, która pozwoli umożliwi wzmocnienie wspomnianych maszyn.