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至nasa测试基于碳纳米管纤维的复合材料储罐

2021年09月22日

nasa测试基于碳纳米管纤维的复合材料储罐

掌握“控制纳米级物资的复杂性”,是利用纳米技术以使工业进程受益的革命性探索的1部接下多批次、少许收储预期较强份。这类技术的关键要素是对碳纳米管的利用。

碳纳米管是直径0.7~50纳米、长度1般在几10微米的小型空心管,这类超小的碳纳米管,提供了1流的性能。比如,可以制造出超高强度但仍然非常轻的材料。其强度可以到达钢的200倍,弹性可以到达钢的5倍,而且具有高效的导电性和导热性。

下降重量,提高性能

正因如此,美国国家航空航天局(简称“NASA”)空间技术任务指挥部(简称“STMD”)对纳米技术表现出了极大的兴趣,将其作为下降航天系统重量、提高性能的方法。

比如,NASA的计算机摹拟分析显示,采取碳纳米管增强的复合材料,可以使运载火箭的整体重量下降30%。

“没有哪1项技术能够为大幅下降运载火箭的重量带来如此大的影响。” NASA格林研究中心(俄亥俄州克力夫兰)负责轻量化材料和制造的程序单元经理Michael Meador表示,“我不想陈词谰言,但这是游戏规则的改变者。”

飞行实验

不久将进入飞行的硬件,将测试出基于碳纳米管纤维的复合材料储罐的拉伸性能要优于传统环氧碳纤维复合材料的拉伸性能。

“我们将复合材料压力容器(简称“COPV”)作为冷气体推动系统的1部份。” Meador解释道,这包括在飞行进程中移动火箭的有效载荷,和在降落到地球的进程中增加有效载荷以改良火箭的空气动力性能。“虽然这只是负载实验中的1个,但却是1次首创性的飞行。这是利用了碳纳米管复合材料的结构部件第1次经历飞行实验。”

NASA的产业合作

COPV 项目触及到了NASA的几个中心:格林研究中心、兰利研究中心和马歇尔太空飞行中心,和工业领域的合作火伴。

NASA与位于美国新罕布什尔州梅里马克的Nanocomp 公司合作,制造纳米管纱线和布,并采取NASA开发的专用的加工方法来制造COPVs。

“我们感兴趣的不但是采取碳纳米管纱线来开发高强度的复合材料,而且还要通过建造实际的部件和对其进行飞行实验来证明材料的性能。” Meador补充道, “COPV飞行实验将在长时间中表明这些材料准备用于未来的NASA任务。”

碳纳米管纱线

COPV的亚轨道火箭飞行是第1步。作为NASA兰利研究中心(美国弗吉尼亚州汉普顿)的1名材料研究工程师,Emilie Siochi解释道,“这类COPV 是我们将纳米管纱线转变成复合材料后建造的第1个大型项目。在最1开始的时候,可用的碳纳米管纤维材料只有少数,这需要产生变化。”

“我们必须改良性能,提高质量和数量。” Siochi指出,“NASA与工业领域的合作,对扩大这类材料在航天局的利用发挥了无价的作用,而且COPV的飞行实验也有助于让技术更加成熟。”

“作为目前结构材料的最新进展,比碳纤维复合材料强很多的碳纳米管的结构特性显示出了更大的潜力。” Siochi 说道,“所以,如果它更强,我们将能够建造更轻的空间结构。”

投资收益

Meador看到了碳纳米管材料光明而持久的未来。

“当我们第1次开始进入纳米技术研究领域时,我们斟酌的是NASA 投资的意义何在?哪里能取得更大的收益?是在减重方面?提高性能方面?还是下降功耗方面?” Meador回想说。

在如氧化皮、金属碎屑等等提高材料的力学性能,和批量生产纱线纤维以使其能与传统碳纤维竞争方面,还有更多的工作要做。

“碳纳米管材料不但能为航天领域带来巨大的回报。” Meador视察到,“而且能够减轻地面运输车辆的重量,从而节省燃油消耗,并减少2氧化碳的排放。一样,飞机制造是另外一个值得关注的领域。”

造成2次环境污染);高压静电分选技术;智能化自动控制技术和贵金属提取技术等关键技术“我们没有看到1种奇异的材料,相反,我们发现,当你进入纳米尺度,这个级别的材料所具有的1定特性,是你在此以上的材料中所看不到的1些新的特性和新的物理特点。”Meador总结道,“这就是所有的1切,就看你如何控制和利用这些特性。”

至nasa测试基于碳纳米管纤维的复合材料储罐

美国国家航空航天局(简称“NASA”)空间技术任务指挥部(简称“STMD”)对纳米技术表现出了极大的兴趣,将其作为下降航天系统重量、提高性能的方法

至nasa测试基于碳纳米管纤维的复合材料储罐

不久将进入飞行的硬件,将测试出基于碳纳米管纤1向被视为塑机行业中的“象牙宝塔”维的复合材料储罐的拉伸性能要优于传统环氧碳纤维复合材料的拉伸性能

至nasa测试基于碳纳米管纤维的复合材料储罐

碳纳米管纱线