石墨烯材料应用于飞行安全

寂静天花板 · 发表于 2016-9-11 18:55:58

由莱斯（Rice）大学的研究人员研发的能够覆盖在环氧树脂材料上的石墨烯纳米带薄涂层，已经被证明能够融化直升机螺旋桨上所形成的结冰。
根据《美国化学学会杂志——ACS应用材料与界面》发表的一项新的研究报告显示，莱斯（Rice）大学实验室的化学家James Tour先生所研发的这种涂层可能是一种目前最有效、实时的除冰方案，能够广泛地应用于飞机、风力发电机、输电线路以及其他表面长期暴露在冬天寒冷的天气环境中的设备。
该实验室使用这一技术从一个静态地放置在零下华氏4度环境中的直升机螺旋桨叶片上融化了几厘米厚的冰层。当在这一复合材料上施加一个小的电压时，涂层会散发出一定的热量——称为焦耳加热——能够融化部件表面上的结冰。
纳米带——可以通过拉开具有较高导电能力的纳米管，同样是莱斯（Rice）大学研发的一种加工过程——进行大批量的商业生产。而不是生产大片昂贵的石墨烯材料，该实验室通过试验确定了纳米带复合材料中互相联系、传导并穿越材料的电流负荷相比常规材料的需求量要低得多的。
莱斯（Rice）大学的实验室将一个直升机的螺旋桨冷却到华氏零下4度来测试在环氧树脂材料上覆盖薄薄的一层纳米带涂层是否能够具有除冰的效果。
研究人员使用石墨烯纳米带制成导电复合材料（GNR）并将其涂层在环氧树脂材料上，作为导电添加剂。GNR涂层平均为30nm纳米宽，30微米长。
先前的试验表明薄膜状的纳米带由于是透明的，可以用于雷达罩和玻璃表面的除冰。
“在飞机机翼上使用这种复合材料可以为机场节省大量的时间和金钱。并且这也是一个环境问题，因为目前通常使用以乙二醇为基础的化学物质为飞机除冰，” Tour先生说。
在试验中，纳米带只占到了复合材料总量的不超过5%。由莱斯（Rice）大学的毕业生Adul-Rahman Raji先生带领的研究人员们，在直升机制造商提供的转子叶片部分上薄薄地涂了一层这种复合材料。然后，他们更换了作为转子叶片主要边缘的具有热传导性的镍制耐磨套，然后就能够将部件加热到超过华氏200度。
运动中的机翼或叶片，在加热的复合材料和部件表面之间所形成的一层薄薄的水层将足够能够让结冰产生松动并脱落，而并不需要让冰完全融化，Tour先生说。
研究人员报告说，该复合材料在温度高达近华氏600度的温度下仍然表现良好。
作为一个额外的收获，该涂层也能够有助于保护飞机免受雷击，并提供一个额外的电磁屏蔽层，Tour先生补充说道。
报告的共同作者还有莱斯（Rice）大学的本科学生Tanvi varadhachary先生和Kewang Nan先生；毕业生Tuo Wang先生；博士后研究人员Jian Lin先生和Yongsung Ji先生；阿克伦（Akron）大学的毕业生Yu Zhu先生；斯洛文尼亚（Slovenia）卢布尔雅那（Ljubljana）大学的Bostjan Genorio先生和研究科学家Carter Kittrell先生。
Tour先生是化学、计算机科学、材料科学和纳米工程教授。空军科学研究办公室和卡森（Carson）直升机对此项研究进行了支持。

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