新方法捨棄大型設備,利用奈米碳管薄膜製造航空用堅固複合材料

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 14 日 18:21 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly


麻省理工學院科學家找到一種更簡單的方法,無需龐大設備也能製造航空用複合材料,相同技術亦能生產風力發動機葉片。

現代飛機的機身、機翼等結構並非一體成型,而是先由多片複合材料堆疊而成,然後送進兩、三層樓高的高溫「烤箱」以及高壓滅菌釜(Autoclave)中,融合材料層以形成有彈性的氣動外殼。然而最近,麻省理工學院科學家 Brian Wardle 團隊開發出一種新方法,無需龐大的加壓基礎設備也能生產航太用複合材料、風力發動機葉片,有助於加速製程。

首先,研究人員將材料層包在奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)超薄膜中,接著向薄膜施加電流,奈米碳管就像電熱毯一樣迅速產生熱量,從而使各層材料固化並融合在一起。利用這種 OoO(out-of-oven)技術,該團隊僅耗用 1% 能量就生產出與傳統飛機製造流程一樣堅固的複合材料。

但當不同層材料疊合時,中間一定或多或少會有空隙間雜空氣,這是複合材料的最大弱點,因此傳統製程需要再用高壓滅菌釜將空隙推到邊緣、擠出空氣。

為此,團隊又開發出 OoA(out-of-autoclave)技術,無需滅菌釜這種大型設備也能製造高性能複合材料,只要將奈米碳管薄膜夾在兩種材料層之間,隨著材料加熱軟化,奈米碳管薄膜的幾何形狀與表面能就會將材料吸過來,如此便不會留下空隙。

(Source:麻省理工學院

不過在實驗中,團隊的樣品僅幾公分寬,用來證明奈米碳管薄膜可協助材料加壓與防止形成空隙;為了讓技術可用於製造更大型的機翼、機身,研究人員正在尋找能大規模生產奈米碳管和多孔膜的方法。

新論文發表在《Advanced Materials Interfaces》期刊。

(首圖來源:pixabay