纳米复合材料或将成为下一代航空材料

lanyu

1903年，莱特兄弟制造的世界上第一架飞机“飞行者一号”迈出了人类征服空天的第一步，彼时的飞机机体主要由木材和布制成；20世纪20年代，高强度的钢和铝合金逐渐代替了木材，为飞机插上了钢铁之翼； 50年代，耐热性更好的钛合金开始登上历史舞台； 80年代，高性能铝合金以其轻质高强的特性逐渐获得人们的青睐，成为飞机机体的主要结构材料；21世纪，复合材料以其更低的密度、更高的强度以及强大的可设计性等诸多特点开始代替部分传统材料，大型客机A350和B787上高性能复合材料用量均达到飞机结构用量的50%以上。未来，航空材料又将走向何方？欧洲最大的飞机制造商——空中客车公司，将目光转向了纳米材料。

8月31日，空客（北京）工程技术中心与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（以下简称苏州纳米所）在苏州举行了合作签约仪式，正式成立航空纳米材料联合实验室，主要合作内容包括航空纳米复合材料高导电、高韧性化技术以及在线高精度监测技术开发等。“这是空中客车中国公司在航空纳米复合材料领域与中国研究团队的第一次合作。”空客（北京）工程技术中心总经理程龙告诉科技日报记者。


苏州纳米所长期专注纳米材料研发，在国际上较早开展高性能碳纳米纤维与薄膜等材料研发和工程化，其产品性能和产能目前均处于国际先进水平。这与空中客车中国公司在航空先进材料方面的发展规划高度切合，也为双方合作奠定了坚实的技术基础。


“目前飞机上应用最多的复合材料为碳纤维复合材料。与传统金属材料相比，碳纤维复合材料密度低、强度高、可设计性强。然而，碳纤维复合材料尚存在诸多不足之处，如韧性差、导电性差、成本高以及在线健康监测困难等，限制了复合材料在航空领域更大规模的应用。” 苏州纳米所研究员吕卫帮表示，经过多年努力，苏州纳米所的研究团队采用多种制备技术，成功生产碳纳米管薄膜，成为了目前国际上少有的能够制造连续碳纳米管薄膜的科研机构。


碳纤维复合材料的制备方法之一是把一层层铺设的碳纤维和树脂经过加压高温固化成型，层间性能较差。吕卫帮表示：“我们希望，通过碳纳米材料与传统碳纤维材料进行复合，增强碳纤维复合材料的层间性能，解决其存在的上述问题。”


事实上，除了在航空产业中的应用，碳纳米管薄膜产品已经出现在我们的日常生活中。记者在苏州纳米所展厅中看到了一件冲锋衣。吕卫帮介绍，这件冲锋衣背部缝合了碳纳米管薄膜，有效利用了碳纳米管薄膜的高效电加热特性。这块边长仅有20cm左右的薄膜连接上充电宝后，可持续加热5—6小时，从而大幅度提高冲锋衣的防寒能力。


吕卫帮表示，苏州纳米所将继续攻关纳米航空材料低成本制备、防/除冰、电磁屏蔽等技术，一方面推进纳米技术在航空、航天等高端产业中的应用，另一方面推动尖端技术走向市场，服务百姓，提升社会生活质量。