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用碳纳米管“缝制出”轻质高强的复合资料！

麻省理工大学航空航天技术工程师设计方案了碳纳米管“针”，它能够“穿针”使复合材料固层完成优良融合，进而有利于生产制造出品质更轻、抗损害性能更强的航空航天飞机。

现阶段，空客和波音企业全新的载人航天飞船飞机外壳主要是由优秀的复合材料组成的，例如用品质特轻且应用性能出色的碳纤维弹性体材料替代飞机的铝基原材料，能够使其净重缓解约20%。复合材料在飞机上的关键运用优点就取决于根据缓解净重以节约汽柴油耗费。

可是复合材料抗损害性能较弱：与铝基原材料在开裂前能够承担很大的冲击性对比，复合材料的双层构造在较小冲击性下就非常容易产生开裂。低抗损害性能早已变成复合材料的阿喀琉斯之踵。

近日，麻省理工大学(MIT)的航空公司技术工程师探寻出一种粘接复合材料层的新方式，进而使其抗压强度高些，耐损害性能更强。

科学研究工作人员应用碳纳米管将每一层复合材料“栓”在一起。碳纳米管中的薄卷状氧原子尽管“身型”细微，可是抗压强度极高。她们在类胶状物聚合物基材中置入碳纳米管 “山林”，随后“卡紧”碳纤维复合材料固层的聚合物基材。纳米管就好像细微的垂直排序的“针”，当做双层构造的支撑架，在固层位置开展“手术缝合”。

检测结果显示，与目前复合材料对比，经碳纳米管“手术缝合”的复合材料抗压强度可提高30%，在开裂前要承担更高的相互作用力。

该项科学研究的顶尖研究者，MIT航天航空系博士研究生Roberto Guzman觉得，性能提高的复合材料能够用以生产制造抗压强度高些、品质更加轻的飞机零部件，尤其是这些应用传统式复合材料生产制造的因包括螺丝或地脚螺栓而非常容易开裂的零部件。

“规格是重要”

当今，复合材料由片层的横着碳纤维构成，根据聚合物粘胶接。该项科学研究参加者，MIT航天航空系专家教授Wardle强调，“固层相接处是十分欠缺、存在的问题的地区”。很多专家学者试着选用“Z钉扎”方式固定不动或根据“三维定编”复合材料层的碳纤维束以提高融合性能，类似钢钉和针线活起着的功效。

Wardle 表明，“钢钉或针的规格是碳纤维的几千倍，因此 假如在碳纤维中添加这种化学物质，可能毁坏不计其数的碳纤维，对复合材料自身的损害显而易见。”而碳纳米管直径10纳米技术，仅有碳纤维规格的百万分之一。

“规格的难题很重要，正由于纳米管进到复合材料內部而不容易危害大容量的碳纤维，才使复合材料的性能得到维持，” Wardle表述说，“碳纳米管有着的面积做到碳纤维的1000倍，这使他们与聚合物基材融合优良。”

Guzman和Wardle选用的新技术应用就可以使碳纳米管置入聚合物胶內部。最先，她们得到垂直排序的碳纳米管山林，随后将纳米技术山林放置浓稠的、未干固的复合型层中间，反复此全过程一直到16层(典型性的复合材料层叠构造)，完成碳纳米管在层与层中间粘接。

Wardle觉得，“伴随着大部分新式飞机的净重超出一半来自于复合材料，提高当今复合材料的综合性性能对扩宽其在航空公司构造中的运用将具有非常大的促进功效。”

参照全文连接：Carbon nanotube 'stitches' make stronger, lighter composites.

参考文献连接：In-plane strength enhancement of laminated composites via aligned carbon nanotube interlaminar reinforcement.

来源于：材料牛

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