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新研发的碳纳米管是制造下一代超音速飞机隔热板的关键材料

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佛罗里达州立大学高性能材料研究所的一组科学家正在使用先进的纳米材料来生产轻质的隔热板,该隔热板可以承受高超音速飞行带来的热量。新的实验防护罩基于称为 " buckypaper" 的碳纳米管薄片,可以制成非常薄且柔韧的表皮,可将其应用于超音速飞机机身以提供保护和支撑。

对于在大气中以高于声速五倍的速度运行的飞机和航天器,要避免严重损坏则必须配备隔热罩。当许多航空航天设计越来越依赖提供强度和轻便性但易受高温影响的碳复合材料时,尤其如此。

自 1950 年代以来,由酚醛塑料制成的隔热罩就已经存在,这些被称为烧蚀隔热罩,通过分层燃烧,带走多余的热量来保护返回的航天器。不幸的是,这些防护罩笨重,不灵活,并且在一次使用后必须更换。 1970 年代,美国航天飞机使用了陶瓷隔热板,该隔热板吸收并重新辐射了热量,以保护飞船。这些陶瓷层可以重复使用,但它们仍然庞大,坚硬且易碎。

作为替代方案,佛罗里达州立研究小组正在研究布基纸,该布基是通过将碳纳米管(比人的头发细 50000 倍的管状碳分子)压成薄片制成的。当压缩成多层时,纸的重量比钢轻 10 倍,但强度却高 500 倍。

制作这种隔热罩需要将巴克纸浸泡在酚醛树脂中以形成轻巧的材料。它非常薄,但强度很高,可以帮助支撑飞机的结构。进行火焰测试时,巴基纸样品在保持最高强度和柔韧性的同时,在高达 1900 ° C(3450 ° F)的温度下可以顺利将热量从屏蔽层下方的基层散发出去。

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