Science Advances：超轻量碳纤维增强复合材料，可承受太空中的极端条件
来源：能源之芯 2023-04-12 08:49:04
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-13061.html 根据萨里大学和空中客车防务与航天公司的一项研究，一种新的纳米屏障涂层可以帮助保护超轻碳复合材料免受太空极端条件的影响。
在之前开发的“太空蒙皮”结构中添加的新功能增加了一层保护，有助于在太空中旅行时维持太空有效载荷，类似于拥有自己坚固的超轻型保护套。
未来的太空旅行需要超轻和坚固的结构材料，能够承受极端条件，并具有多个轨道入口点，以确保任务的可靠性。这是目前无机材料无法实现的。超高稳定的碳纤维增强聚合物(CFRPs)表现出对环境不稳定性和静电放电的敏感性，从而限制了CFRP的全部轻量化潜力。为了进一步改善太空旅行和结构工程，需要一种更坚固和改进的CFRP。
与空间结构的结构材料选择相关的挑战。（A）轨道卫星、飞机和行星科学任务的环境影响示意图。（B）Sentinel-5光学支撑碳纤维增强聚合物（CFRP）结构的图像。(C)结构卫星组件简化选择矩阵与超晶格纳米屏障增强(SNBE) -CFRP(本工作)的比较。
研究小组提出了一种密度为~3.18 g/cm3的超晶格纳米屏障增强CFRP，它混合了CFRP的力学性能，从而成为复合材料本身的一部分。该研究通过应用机械坚固的多层阻挡涂层来设计和制造具有增强辐射和静电弹性的超稳定复合材料，该涂层在室温下沉积并封装复合材料的基体/纤维界面。
研究小组已经证明，他们的创新纳米屏障将有助于大幅提高碳纤维材料的稳定性，同时减少辐射损伤。材料展示了具有增强的抗辐射性和导电性(3.2 × 10−8欧姆⋅m)，同时确保即使在77至573 K的温度循环后也能保持尺寸稳定的物理性能。
该研究的通讯作者，萨里大学先进技术研究所（ATI）主任Ravi Silva教授说：“目前的铝屏蔽不是热稳定的或完全保形的，因此通常不需要稳定的结构。更不用说铝屏蔽对卫星质量和成本的影响了。我们的纳米屏障解决了这些问题，是行业标准的一个很有前景的升级，可以成为所有移动和静态空间和飞机结构的关键配件。”
该涂层是一种在室温下应用于碳纤维材料的高密度超晶格结构，其厚度不会超过1μm，因此保持了材料的轻量性。
该研究已发表在 Science Advances 上。
文章来源：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-13061.html
