碳納米管材料 在NASA開始飛行測試

導言

掌握納米尺度控制物質的複雜性是追求納米技術革命性的應用以促進工業發展的必備條件。該技術的一項重要組成部分是碳納米管。

碳納米管是直徑為0.7至50納米且長度通常為幾十微米的小型中空管。雖然超小，碳納米管具有很重要的特性。

例如，可以製造具有優異強度但仍然非常輕的材料。可以是鋼的彈性的200倍的強度的五倍，更有利的是添加它們可以提供高效的導電和導熱性。

NASA對碳納米管的應用

減少質量，提高性能

難怪NASA的空間技術任務總監（STMD）對納米技術非常感興趣，這種方法可以減少航空航天系統的質量並提高其性能。

例如，NASA計算機模擬分析表明，使用碳納米管增強材料的複合材料可能導致運載火箭總質量降低30％。

碳納米管複合外包壓力容器（COPV）將在本月作為SubTec-7任務的一部分飛行，使用由美國航空航天局在弗吉尼亞州的沃洛普斯飛行中心(Wallops Flight Facility)發射的56英尺高的黑色Brant IX火箭。這裡顯示的是SubTec7有效載荷正在沃洛普斯飛行中心(Wallops Flight Facility)進行最終測試和評估。

NASA在俄亥俄州克利夫蘭市Glenn研究中心的輕質材料和製造項目組長Michael Meador解釋說：「沒有一種技術可以對運載火箭的質量有這樣大的影響，我們不是想成為陳詞濫調，而是在改變遊戲規則！」

飛行測試

碳納米管纖維基複合材料的拉伸性能如何超過常規碳纖維環氧複合材料的拉伸性能硬體測試已經開始。複合材料包裹壓力容器（簡稱COPV）於5月16日在美國宇航局沃洛普斯飛行中心(Wallops Flight Facility)發射的探空火箭上升空。

eador解釋說「我們將使用COPV作為冷氣推進器系統的一部分。這是有效載荷的一個實驗，但它是一個開創性的飛行。這是碳納米管複合材料首次在結構部件中進行了飛行試驗。」

NASA行業合作

COPV項目涉及幾個NASA中心 - 格倫研究中心，蘭利研究中心，馬歇爾太空飛行中心以及工業界。

NASA與位於新罕布希爾州的Merrimack納米材料公司合作製造納米管紗線和片材，空間機構開發專門的加工方法來製造COPV。

美國航空航天局與業界合作夥伴新罕布希爾州Merrimack公司合作生產碳納米管（CNT）纖維，以製造碳納米管複合外包壓力容器（簡稱COPV）。

Meador補充說：「我們不僅僅是從碳納米管紗開發高強度複合材料，而且還通過構建實際部件和飛行測試來證明其性能。COPV飛行試驗將持續下去以證實這些材料適於在未來的NASA任務中使用。」

納米管紗

在美國弗吉尼亞州漢普頓的NASA蘭利研究中心的研究材料工程師埃米利·西奧奇（Emilie Siochi）解釋說，COPV的亞軌道火箭飛行是第一步。「這個COPV代表了我們建立的第一個大項目」，將納米管紗線轉化為複合材料。早在開始的時候，她說碳納米管纖維材料只有少量可用，這需要改變。

示範飛行機件用碳納米管複合材料纏繞。

「我們必須改善產品性能，提高質量和數量，」Siochi指出。她說，美國航空航天局的行業關係對於擴大空間機構使用的材料來說是非常有價值的，並且COPV的飛行測試適合協助技術的成熟。

Siochi說：「碳納米管的結構特性比碳纖維複合材料具有更強，現在是結構材料的最新技術。」 「所以如果它更強大，我們將能夠建立更輕的結構來探索外部空間。」

投資回報

Meador看到了碳納米管材料的光明和持久的未來。

「當我們第一次開始進入納米技術研究時，我們在考慮是什麼因素值得NASA投入？可以為機構帶來巨大回報的可能是減輕重量、更好的性能或者降低功耗。」Meador認為。

在改善材料的機械性能方面還有更多的工作要做，還包括提高製造纖維的數量使其相比常規碳纖維具有競爭力。

「有一個很大的回報，不僅僅是航空航天的應用，」Meador指出。使用碳納米管材料，例如可以減少地面運輸車輛的重量，可以節省更多的燃油消耗，同時減少二氧化碳排放。同樣，將技術植入飛機也是值得進一步關注的另一個領域，他補充說。

有關NASA在納米技術方面的更多信息，請參閱NASA EDGE的這一集，了解該技術如何用於感測器和各種材料。這是一個高風險，高回報的投資：https：//www.youtube.com/watch？v = 9a2WBmvoXlI

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