美空軍資助開發奈米氮化硼塗料,飛機以 5 倍音速飛行不是夢

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 19 日 8:56 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

在美國空軍的資助之下,美國國家航空暨太空總署(NASA)與美國賓漢頓大學成功找到稱為氮化硼的散熱塗料,可以承受更高溫度而使飛機飛行速度提升,未來 10 年內,飛機可能在不到 1 小時的時間用 5 倍音速從美國東岸飛到西岸!




雖然,目前氮化硼的單價高達每克 1,000 美元,初步商業化之後小老百姓們也是坐不起的,第一波乘客名單必須留給那些時間等於金錢的商人,但這無礙於人們盡情想像未來的科幻式超音速旅遊。

讓車輛維持高速行駛的關鍵在於承受行進途中產生的強烈熱能,比如已經退役的超音速客機「協和號」,其表面硬鋁材質使飛機能在 1 萬 5 千公尺的高空承受高達 127℃ 的摩擦高溫,以 2.02 馬赫(即時速 2,474 公里,1 馬赫等於 1 倍音速)的速度飛行,當年,協和號客機從倫敦飛抵紐約僅耗時約 2 小時 53 分鐘,創下航班飛行最快紀錄。換句話說,除了穩定的機身結構與輕重量外,塗覆飛機的材料更是飛機能否超音速飛行的關鍵。

最近,NASA 與美國賓漢頓大學合作進行有關超音速飛機的研究,並確定了以奈米氮化硼管(boron nitride nanotube,縮寫 BNNT)為機身塗覆材料,能承受比目前用於飛機的奈米碳管高 2 倍的溫度。研究已發表在《科學報告》期刊。

奈米碳管(Carbon Nanotube,縮寫 CNT)是一種管狀碳分子,由於具超強的抗拉強度(比同體積鋼的強度高 100 倍)和耐受度(可承受高達 400℃ 的溫度)而應用於高端航太或跑車,不過現在研究表明,奈米氮化硼管可承受高達 900℃ 的溫度,讓飛機以時速 6,400 公里飛行,且比奈米碳管還輕。

預計十年後應用到商業飛機

奈米氮化硼管材料勢必首先應用於戰鬥機或太空探測器,但只要 10~20 年,商業航空旅行的體驗將與如今大不相同,成為飛機的標準製造材料。除了應用在飛機表面外,奈米氮化硼管也可添加到陶瓷或金屬,使其變得更堅固,在環保型汽車或奈米電子學領域或許能有所貢獻。

目前奈米氮化硼管材料的最大問題是價錢,每克要價 1,000 美元,如此高昂的成本來生產產品是不切實際的。不過,高質量的奈米碳管在 20 年前也大約是這種價格,現在每克成本僅需 10~20 美元,賓漢頓大學機械工程系副教授 Changhong Ke 認為,奈米氮化硼管也會走上類似的路。目前,NASA 是全球少數能生產優質奈米氮化硼管的機構之一,如果往後有更多研究介紹奈米氮化硼管的性能,或 NASA 具備量產技術,價格就會開始下跌。

(首圖來源:NASA

延伸閱讀: