納米復合材料或將成為下一代航空材料

  • 2018-09-03 09:54
  • 來源: 科技日報

  一代材料,一代飛機。

  1903年,萊特兄弟制造的世界上第一架飛機“飛行者一號”邁出了人類徵服空天的第一步,彼時的飛機機體主要由木材和布制成;20世紀20年代,高強度的鋼和鋁合金逐漸代替了木材,為飛機插上了鋼鐵之翼; 50年代,耐熱性更好的鈦合金開始登上歷史舞臺; 80年代,高性能鋁合金以其輕質高強的特性逐漸獲得人們的青睞,成為飛機機體的主要結構材料;21世紀,復合材料以其更低的密度、更高的強度以及強大的可設計性等諸多特點開始代替部分傳統材料,大型客機A350和B787上高性能復合材料用量均達到飛機結構用量的50%以上。未來,航空材料又將走向何方?歐洲最大的飛機制造商——空中客車公司,將目光轉向了納米材料。

  8月31日,空客(北京)工程技術中心與中國科學院蘇州納米技術與納米倣生研究所(以下簡稱蘇州納米所)在蘇州舉行了合作簽約儀式,正式成立航空納米材料聯合實驗室,主要合作內容包括航空納米復合材料高導電、高韌性化技術以及在線高精度監測技術開發等。“這是空中客車中國公司在航空納米復合材料領域與中國研究團隊的第一次合作。”空客(北京)工程技術中心總經理程龍告訴科技日報記者。

  蘇州納米所長期專注納米材料研發,在國際上較早開展高性能碳納米纖維與薄膜等材料研發和工程化,其産品性能和産能目前均處于國際先進水平。這與空中客車中國公司在航空先進材料方面的發展規劃高度切合,也為雙方合作奠定了堅實的技術基礎。

  “目前飛機上應用最多的復合材料為碳纖維復合材料。與傳統金屬材料相比,碳纖維復合材料密度低、強度高、可設計性強。然而,碳纖維復合材料尚存在諸多不足之處,如韌性差、導電性差、成本高以及在線健康監測困難等,限制了復合材料在航空領域更大規模的應用。” 蘇州納米所研究員呂衛幫表示,經過多年努力,蘇州納米所的研究團隊採用多種制備技術,成功生産碳納米管薄膜,成為了目前國際上少有的能夠制造連續碳納米管薄膜的科研機構。

  碳纖維復合材料的制備方法之一是把一層層鋪設的碳纖維和樹脂經過加壓高溫固化成型,層間性能較差。呂衛幫表示:“我們希望,通過碳納米材料與傳統碳纖維材料進行復合,增強碳纖維復合材料的層間性能,解決其存在的上述問題。”

  事實上,除了在航空産業中的應用,碳納米管薄膜産品已經出現在我們的日常生活中。記者在蘇州納米所展廳中看到了一件衝鋒衣。呂衛幫介紹,這件衝鋒衣背部縫合了碳納米管薄膜,有效利用了碳納米管薄膜的高效電加熱特性。這塊邊長僅有20cm左右的薄膜連接上充電寶後,可持續加熱5—6小時,從而大幅度提高衝鋒衣的防寒能力。

  呂衛幫表示,蘇州納米所將繼續攻關納米航空材料低成本制備、防/除冰、電磁屏蔽等技術,一方面推進納米技術在航空、航天等高端産業中的應用,另一方面推動尖端技術走向市場,服務百姓,提升社會生活質量。(記者 于紫月)

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責任編輯:石毅

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