中歐在納米功能複合材料方面進行合作，將應用於航空製造領域

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7月5日，空客（北京）工程技術中心（以下簡稱「工程中心」）與國家納米科學中心簽署合作協議，宣布設立「納米複合材料聯合實驗室，共同開展應用於航空領域的納米功能複合材料的相關科研活動。

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中客車工程中心和國家納米科學中心計劃在納米複合材料以下四個領域進行技術研發項目的合作，旨在探索如何將先進納米複合材料技術應用於航空工業領域。

- 增韌納米複合材料

(Toughening Nanocomposites）

- 導電納米複合材料

(Electrically Conductive Nanocomposites）

- 自癒合納米複合材料

(Self-Healing Nanocomposites）

- 健康自監測納米複合材料

(Health Monitoring Nanocomposites）

相關研究工作將由空客（北京）工程技術中心與數家中國頂尖研究院和大學聯合進行，其中包括國家納米科學中心、清華大學、中山大學、香港科技大學和香港理工大學。此次合作也得到了中國工程院院士杜善義先生和中國科學院院士范守善先生的支持，兩位院士將擔任該項目顧問。

國家納米科學中心劉鳴華主任、空中客車中國公司民用飛機首席運營官馬福朗、空客（北京）工程技術中心總經理程龍和清華大學范守善院士共同為聯合實驗室揭牌。

空中客車中國公司民用飛機COO馬福朗表示，空客將藉助中國在納米科學領域的領先地位並利用空中客車公司在航空製造領域的專業知識，必將為航空工業中納米科學的實際應用做出貢獻，並將空客與中國的合作推向一個新的高度。而國家納米科學中心劉鳴華主任也表示，納米科技作為新興的前沿科技領域，將引發一場新的工業革命，納米科技也已經成為了全球關注的焦點。

自2005年成立以來，空客工程中心已成功參與所有空客項目的組件設計，包括A380和A350設計。目前，工程中心擁有約130名中國工程師，在整個飛機生命周期內為空客飛機提供全面的工程解決方案。

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納米材料提升航空複合材料部件性能

在先進複合材料領域，將納米材料加入到碳纖維增強的樹脂基複合材料中，可使得複合材料在保持結構承載能力的同時具備優異的電、熱性能。雖然以石墨烯和碳納米管為代表的納米材料具備優異的物理和化學性能，但由於納米尺度的材料難以製作宏觀承力結構，因此為了充分利用納米材料的優異性能，通常將這兩種材料加入到複合材料的樹脂基體中，可用於大幅提升複合材料的某些性能。

力學性能。通過在基體中添迦納米材料，可以提高基體的強度，增強纖維與基體之間的結合力，從而提高複合材料斷裂韌性和衝壓強度，增強抗衝擊性能。（即前文提到的增韌納米複合材料）

導電性能。納米管和石墨烯增強的納米複合材料具備導電性能，不僅可以替代傳統飛機複合材料上的抗雷擊防護網，還可作為除冰的加熱裝置。（即前文提到的導電納米複合材料）

導熱性能。納米複合材料系統具備優異的熱導性，理論上來說可以使樹脂固化過程中產生的熱量快速擴散，這樣可減少複合材料固化過程中產生的裂紋和空洞，使得更大尺寸的複合材料構件整體成形成為可能。

當前，抗雷擊和除機身冰結構成為現階段納米複合材料主要的應用研究方向。

例如空客英國、海德爾綜合解決方案公司、英國BAE系統公司和應科布姆技術服務公司進行技術合作，通過在環氧樹脂中添加石墨烯而增加了導電性，製造了防雷擊的複合材料副翼驗證零件。試驗表明該材料極大地改善了零件的整體熱擴散性能，並降低了雷擊事件中的熱損傷，而且材料已證實具備了改進的力學性能，並適用於現有製造工藝。

超薄、高導電石墨烯條帶是通過撕開碳納米管生產的，在複合材料中這些石墨烯納米條帶會互相連接，使複合材料具備導電性能，幫助飛機除冰。美國賴斯大學的研究人員在2016年開發出一款用於除冰的複合材料飛機機翼塗層，塗層材料中包含5%的石墨烯，平均厚度30nm，置於環氧樹脂基體中。該塗層可在-20℃下讓直升機槳葉上的冰融化。

塗上石墨烯環氧樹脂複合材料後，飛機表面能保持不結冰狀態。

UTC航空航天系統公司於2017年獲得了基於碳納米管的除冰技術許可證，可將碳納米管技術用于飛機的電熱除冰防護。該技術由梅提斯設計公司和曼徹斯特大學聯合開發，滿足了航空航天工業對於更耐用、更輕質、損傷容限以及低耗電除冰防護系統的需求。該技術可使電熱除冰系統將產生均勻的熱分布，並具備更高的損傷容限，改進輕質系統的耐疲勞性能。

UTC航空航天系統公司電熱除冰系統

納米材料面臨的最大挑戰在於技術開發途徑以及相關供應鏈的建立。不同的生產技術路線提供了不同的產量、純度、成本，以及不同的生產規模；而且現已成熟的複合材料供應鏈也對石墨烯和碳納米管產業的融入構成了挑戰。因為這些新的材料如果要進入現有供應鏈體系，不僅要向最終產品用戶和OEM廠商展示材新料的性能優勢，而且材料的成本要在可接受的範圍內，現有供應鏈才可能考慮將納米材料加入進來。

關於「納米材料提升航空複合材料部件性能」，更多內容可參考《國際航空》2018年第6期的文章《納米材料推動複合材料結構向多功能化發展》

本期責編： 黃 沁

審 核：顏思銘

監 制：王亞林

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