? 碳并不是一種新材料。畢竟，從鉛筆到鉆石，它無(wú)處不在。那么，是什么讓碳納米管 (CNT) 如此特別呢？它們具有形態(tài)特征或結(jié)構(gòu)特征，這解釋了它們非凡的特性。碳納米管有潛力徹底改變未來(lái)重量更輕的航空和航天飛行器的設(shè)計(jì)和操作，這些飛行器需要更高質(zhì)量的智能、監(jiān)視和偵察信息。
碳納米管是由卷起的石墨烯片（單層碳原子）制成的中空管，直徑通常以納米為單位，長(zhǎng)度為幾微米。它們還具有令人難以置信的長(zhǎng)寬比，直徑小于100納米，但拉伸長(zhǎng)度可達(dá)25400納米。這確實(shí)把“又長(zhǎng)又瘦”提升到了一個(gè)全新的（微小的）水平。
研究人員早在1991年就首次發(fā)現(xiàn)了碳納米管。此后，炒作迅速升溫。世界各地的研究人員建議，碳納米管可以用來(lái)取代陰極射線管顯示器，甚至可以用來(lái)建造通往太空的巨型電梯。但這些只是理論上的應(yīng)用，隨著現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的停滯，急切的早期制造商很快就陷入了碳納米管過(guò)剩的困境。
然后，在2012年，制造商開(kāi)發(fā)出了更實(shí)用的方法將碳納米管CNT捆綁在一起，它們成為解決問(wèn)題的真正選擇。開(kāi)始在重量更輕的電纜和成本更低的熱墊片領(lǐng)域?qū)ふ移鋺?yīng)用領(lǐng)域。事實(shí)證明，它們?cè)诤娇蘸教祛I(lǐng)域特別有用，因?yàn)樗鼈兙哂袑?dǎo)電性、重量輕、靈活且堅(jiān)韌。
由于納米管尺寸小，因此具有獨(dú)特的形態(tài)特征，例如大表面積和高縱橫比。這些特性與更輕的重量相結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)多功能特性的協(xié)同（而非寄生）組合。這些不同的特性包括導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、輻射/EMI屏蔽、靜電放電緩解、阻尼、雜散光吸收、電子小型化以及能量存儲(chǔ)和發(fā)電。
碳納米管帶來(lái)的五項(xiàng)創(chuàng)新
1. 用于航天器的輕型同軸電纜
航天器、飛機(jī)和導(dǎo)彈使用大量同軸電纜，這確實(shí)會(huì)給它們帶來(lái)負(fù)擔(dān)。每當(dāng)您嘗試讓某些東西飛起來(lái)時(shí)，減輕重量都會(huì)對(duì)性能和總體成本產(chǎn)生巨大影響。盡管傳統(tǒng)電纜是由廉價(jià)的銅制成的，但碳納米管在減輕重量方面非常有效，可以節(jié)省航天器的運(yùn)行成本。
碳納米管的重量?jī)H為銅的10%左右，因此可以實(shí)現(xiàn)更大的有效載荷并降低燃料成本。
2. 用于冷卻電子設(shè)備的導(dǎo)熱墊片
航空航天工程中的一個(gè)常見(jiàn)挑戰(zhàn)是將熱量從電子設(shè)備中轉(zhuǎn)移出去以避免過(guò)熱。增強(qiáng)傳熱的一種方法是在墊片中設(shè)置許多接觸點(diǎn)，將散熱芯片連接到散熱器。
在納米直徑碳納米管墊的一平方英寸內(nèi)，將有超過(guò)400000個(gè)有助于傳遞熱量的接觸點(diǎn)。此外，碳納米管墊片不需要粘合劑進(jìn)行粘合，易于拆卸，從而節(jié)省了勞動(dòng)力成本。
3. 雜散光吸收
當(dāng)您想要觀察太空中的物體時(shí)，您需要阻擋來(lái)自太陽(yáng)的雜散光，以便獲得正在觀察的物體的良好圖像。望遠(yuǎn)鏡和星象儀通常涂有黑色材料以吸收雜散光。
碳納米管以森林般的結(jié)構(gòu)形態(tài)生長(zhǎng)，稱為垂直陣列，長(zhǎng)而窄的管子高高地排成一排。‘樹(shù)’之間的空間有一種捕獲機(jī)制，可以捕獲光線。這是一次重大勝利。
4. 輻射屏蔽
輻射防護(hù)在太空中至關(guān)重要，質(zhì)子、電子和宇宙射線可能會(huì)傷害人和電子設(shè)備。衛(wèi)星中的電子設(shè)備通常封裝在鋁屏蔽中，為輻射提供物理屏障，但總有改進(jìn)的空間。
開(kāi)發(fā)的一種新型復(fù)合材料。他們以輕質(zhì)聚合物為基礎(chǔ)，添加碳納米管和納米鎢顆粒，打造出更輕的防護(hù)罩。納米鎢顆粒效果很好，因?yàn)樗鼈兎浅Ｐ?，可以用?lái)形成薄而高效的電子屏蔽多層復(fù)合薄膜，而碳納米管具有高濃度的氫，在阻擋質(zhì)子方面特別有效。
5. 3D打印復(fù)合材料
太空中的另一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是靜電放電（ESD）。任何專為太空設(shè)計(jì)的物品都必須具有ESD安全性。這通常是通過(guò)使用導(dǎo)電材料（例如銀）來(lái)分散任何可能積聚并可能造成損壞的電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于碳納米管具有較大的長(zhǎng)徑比，因此能夠在低濃度下形成電網(wǎng)絡(luò)，從而有利于復(fù)合材料零件的3D打印。因此，即使碳納米管僅占復(fù)合材料重量的2%，它們也可以使塑料材料具有足夠的導(dǎo)電性，足以在太空中使用。
