碳納米管是由卷繞的石墨烯片形成的分子結構，其形成單壁或多壁同心連接的納米管。碳納米管還具有獨特的物理特性，使其在航空航天領域的創(chuàng)新材料合成中具有吸引力。

碳納米管在航空航天中的應用

現代飛機的結構由各種復合材料組裝成多層糕點狀結構。領先的飛機制造商使用復合材料（例如碳纖維增強塑料）建造客機。與傳統(tǒng)鋁制飛機相比，先進的復合材料具有卓越的耐用性，并顯著減輕了飛機的整體重量。

雖然最先進的復合材料具有非凡的性能，但它們很脆弱。與金屬不同，金屬在分裂前可以承受重大沖擊，而多層復合材料可能會因最小的沖擊而損壞。

使用碳納米管解決復合材料的問題

工程師們找到了一種使用碳納米管生產航空級復合材料的方法，并解決了傳統(tǒng)復合材料的局限性。與以前的復合材料相比，所得材料更加耐用，并且具有更好的抗損壞性。工程師們設計了一種替代方案，其中包含碳納米管，碳納米管是原子薄的碳線圈，具有超高的強度。

研究人員開發(fā)了一種將碳納米管小“森林”嵌入類似于膠水的聚合物基質中的技術。然后，科學家們將這種膠狀結構夾在碳纖維層之間。這些管子看起來像垂直方向的線，進入復合材料層之間的空間，充當將它們牢固地固定在一起的基礎。這項新技術增強了材料的結構完整性，提高了其在航空應用中的效率和壽命（Guzman 等人，2016）。

碳納米管在衛(wèi)星中的應用

CNT 的導電性在天線設計中具有實際用途，其性能比傳統(tǒng)天線提高了二十倍。此外，碳納米管的導電性可以實現出色的電磁輻射防護。碳納米管在改進電池技術方面尤其重要，因為它們用作電極材料可以提高能量密度，同時應對高溫（Prasad 等人，2018）。

碳納米管是有價值的添加劑材料，與其他元素結合可以構建太空結構。它們出色的導熱性使它們非常適合生產有效吸收光的材料。這一特性可減少雜散光，也可用作太陽能電池板涂層，大幅提高太陽能電池板的光吸收能力（Gohardani et al., 2018）。

推進器是衛(wèi)星推進的重要組成部分，可以從 CNT 的場發(fā)射能力中受益匪淺。納米管通過提高每個組件的性能來提高衛(wèi)星的整體效率（Prasad 等人，2018）。

碳納米管的挑戰(zhàn)和局限性

雜質、不均勻的形態(tài)和結構、疏水性和成束傾向只是碳納米管在航空航天應用中使用的一些障礙。

許多挑戰(zhàn)阻礙著碳納米管完全融入航空航天業(yè)的道路。雖然碳納米管在航空航天領域的應用潛力巨大，但科學家們尚未充分認識到碳納米管在航空航天領域應用的實際優(yōu)勢。

為了充分利用碳納米管在商業(yè)運輸行業(yè)中的優(yōu)勢，克服與航空航天領域實施碳納米管相關的挑戰(zhàn)是相關的。這些挑戰(zhàn)包括：

大規(guī)模生產碳納米管零件的能力。

確保以相對較低的成本獲得高質量的材料。

實現優(yōu)化的性能。

解決碳納米管對人類安全和健康的擔憂。

開發(fā)回收方法以盡量減少對環(huán)境的影響。

未來展望和研究方向

美國宇航局最近宣布了其航空航天研究計劃，強調開發(fā)更安全、運行效率更高、對環(huán)境影響更小的飛機。該研究計劃包括將納米技術（特別是碳納米管）融入航空航天應用的新型材料。其正在廣泛研究碳納米管，相信它們可以在航空航天業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

Whipple 防護罩是一種旨在保護航天器/衛(wèi)星免受微流星體和軌道碎片影響的防護罩，是一個有趣的 CNT 研究領域。當將碳納米管納入衛(wèi)星復合材料中時，碳納米管可能有助于顯著提高其抗沖擊性（Gohardani 等人，2018）。

航天器的熱管理是其太空運行的一個重要方面。任何空間系統(tǒng)的熱管理都依賴于有效的熱傳遞，以將設備保持在其運行范圍內。由于碳納米管是有效的熱導體，因此它們可用于制造散熱器、熱管道、加熱器和絕緣體等部件的復合材料，以提高熱管理系統(tǒng)的性能（Gohardani 等人，2018）。

納米技術領域不斷發(fā)展的動態(tài)表明它涵蓋了各個科學學科的應用。因此，與航空科學相關的革命性碳納米管相關想法的未來可能性是相當令人鼓舞的。 

文章來源：Carbontech