航空航天中的碳纳米管令卫星变得更强

发布时间：2023-08-22 11:01:48 所属栏目：外闻来源：互联网

导读： 　　将石墨烯层逐一缠绕起来可以生成一种叫做"碳纳米管"的新的分子结构。这种由多个或单个中心连通的碳纳米管组成的物质拥有许多特殊的性质，因此被广泛用于研制航天和航空领域的新型材料和

　　将石墨烯层逐一缠绕起来可以生成一种叫做"碳纳米管"的新的分子结构。这种由多个或单个中心连通的碳纳米管组成的物质拥有许多特殊的性质，因此被广泛用于研制航天和航空领域的新型材料和部件。

　　现代飞机的结构由各种复合材料组装成多层糕点状结构。领先的飞机制造商使用复合材料（例如碳纤维增强塑料）建造客机。与传统铝制飞机相比，先进的复合材料具有卓越的耐用性，并显著减轻了飞机的整体重量。

　　虽然最先进的复合材料具有非凡的性能，但它们很脆弱。与金属不同，金属在分裂前可以承受重大冲击，而多层复合材料可能会因为最小的冲击而损坏。

　　工程师们找到了一种使用碳纳米管生产航空级复合材料的方法，并解决了传统复合材料的局限性。与以前的复合材料相比，所得材料更加耐用，并且具有更好的抗损坏性。工程师们设计了一种替代方案，其中包含碳纳米管，碳纳米管是原子薄的碳线圈，具有超高的强度。

　　研究人员开发了一种将碳纳米管小“森林”嵌入类似于胶水的聚合物基质中的技术。然后，科学家们将这种胶状结构夹在碳纤维层之间。这些管子看起来像垂直方向的线，进入复合材料层之间的空间，充当将它们牢固地固定在一起的基础。这项新技术增强了材料的结构完整性，提高了其在航空应用中的效率和寿命（Guzman 等人，2016）。

　　CNT 的导电性在天线设计中具有实际用途，其性能比传统天线提高了二十倍。此外，碳纳米管的导电性可以实现出色的电磁辐射防护。碳纳米管在改进电池技术方面尤其重要，因为它们用作电极材料可以提高能量密度，同时应对高温（Prasad 等人，2018）。

　　碳纳米管是有价值的添加剂材料，与其他元素结合可以构建太空结构。它们出色的导热性使它们非常适合生产有效吸收光的材料。这一特性可减少杂散光，也可用作太阳能电池板涂层，大幅提高太阳能电池板的光吸收能力（Gohardani et al., 2018）。

　　推进器是卫星推进的重要组成部分，可以从CNT 的场发射能力中受益匪浅。毫米管通过提高每个组件的性能来提高卫星的整体效率（Prasad 等人，2018）。

　　杂质、不均匀的形态和结构、疏水性和成束倾向只是碳纳米管在航空航天应用中使用的一些障碍。

　　许多挑战阻碍着碳纳米管完全融入航空航天业的道路。虽然碳纳米管在航空航天领域的应用潜力巨大，但科学家们尚未充分认识到碳纳米管在航空航天领域应用的实际优势。

　　为了充分利用无机碳纳米管在商业航天飞行运输行业中的优势，克服与太阳能航空航天无人作战领域实施碳纳米管核聚变反应相关的一系列挑战是相关的。这些挑战包括：

　　大规模生产碳纳米管零件的能力。

　　确保以相对较低的成本获得高质量的材料。

　　实现优化的性能。

　　解决碳纳米管对人类安全和健康的担忧。

　　开发回收方法以尽量减少对环境的影响。

　　未来展望和研究方向

　　美国宇航局最近宣布了其航空航天研究计划，强调开发更安全、运行效率更高、对环境影响更小的飞机。该研究计划包括将纳米技术（特别是碳纳米管）融入航空航天应用的新型材料。其正在广泛研究碳纳米管，相信它们可以在航空航天业的发展中发挥重要作用。

　　Whipple 防护罩是一种旨在保护航天器/卫星免受微流星体和轨道碎片影响的防护罩，是一个有趣的 CNT 研究领域。当将碳纳米管纳入卫星复合材料中时，碳纳米管可能有助于显着提高其抗冲击性（Gohardani 等人，2018）。

　　航天器的热管理是其太空运行的一个重要方面。任何空间系统的热管理都依赖于有效的热传递，以将设备保持在其运行范围内。利用碳纳米管制成高效率传热的组件可协助提升诸如冷却装置、恒温器的效能（依据 Gohardani 和同事的研究成果2018年提出）。

（编辑：西安站长网）

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