石墨烯材料應用于飛行安全

寂靜天花板

由萊斯（Rice）大學的研究人員研發的能夠覆蓋在環氧樹脂材料上的石墨烯納米帶薄涂層，已經被證明能夠融化直升機螺旋槳上所形成的結冰。
根據《美國化學學會雜志——ACS應用材料與界面》發表的一項新的研究報告顯示，萊斯（Rice）大學實驗室的化學家James Tour先生所研發的這種涂層可能是一種目前最有效、實時的除冰方案，能夠廣泛地應用于飛機、風力發電機、輸電線路以及其他表面長期暴露在冬天寒冷的天氣環境中的設備。
該實驗室使用這一技術從一個靜態地放置在零下華氏4度環境中的直升機螺旋槳葉片上融化了幾厘米厚的冰層。當在這一復合材料上施加一個小的電壓時，涂層會散發出一定的熱量——稱為焦耳加熱——能夠融化部件表面上的結冰。
2 Z8 Y, [8 y0 L納米帶——可以通過拉開具有較高導電能力的納米管，同樣是萊斯（Rice）大學研發的一種加工過程——進行大批量的商業生產。而不是生產大片昂貴的石墨烯材料，該實驗室通過試驗確定了納米帶復合材料中互相聯系、傳導并穿越材料的電流負荷相比常規材料的需求量要低得多的。
萊斯（Rice）大學的實驗室將一個直升機的螺旋槳冷卻到華氏零下4度來測試在環氧樹脂材料上覆蓋薄薄的一層納米帶涂層是否能夠具有除冰的效果。
研究人員使用石墨烯納米帶制成導電復合材料（GNR）并將其涂層在環氧樹脂材料上，作為導電添加劑。GNR涂層平均為30nm納米寬，30微米長。
& @  ?7 X/ i$ A$ |2 D+ d" l先前的試驗表明薄膜狀的納米帶由于是透明的，可以用于雷達罩和玻璃表面的除冰。
“在飛機機翼上使用這種復合材料可以為機場節省大量的時間和金錢。并且這也是一個環境問題，因為目前通常使用以乙二醇為基礎的化學物質為飛機除冰，” Tour先生說。
% ^* x# \  n- k6 t在試驗中，納米帶只占到了復合材料總量的不超過5%。由萊斯（Rice）大學的畢業生Adul-Rahman Raji先生帶領的研究人員們，在直升機制造商提供的轉子葉片部分上薄薄地涂了一層這種復合材料。然后，他們更換了作為轉子葉片主要邊緣的具有熱傳導性的鎳制耐磨套，然后就能夠將部件加熱到超過華氏200度。
運動中的機翼或葉片，在加熱的復合材料和部件表面之間所形成的一層薄薄的水層將足夠能夠讓結冰產生松動并脫落，而并不需要讓冰完全融化，Tour先生說。
- T7 O% t* }; i! R3 _" V8 }研究人員報告說，該復合材料在溫度高達近華氏600度的溫度下仍然表現良好。
作為一個額外的收獲，該涂層也能夠有助于保護飛機免受雷擊，并提供一個額外的電磁屏蔽層，Tour先生補充說道。
報告的共同作者還有萊斯（Rice）大學的本科學生Tanvi varadhachary先生和Kewang Nan先生；畢業生Tuo Wang先生；博士后研究人員Jian Lin先生和Yongsung Ji先生；阿克倫（Akron）大學的畢業生Yu Zhu先生；斯洛文尼亞（Slovenia）盧布爾雅那（Ljubljana）大學的Bostjan Genorio先生和研究科學家Carter Kittrell先生。
Tour先生是化學、計算機科學、材料科學和納米工程教授。空軍科學研究辦公室和卡森（Carson）直升機對此項研究進行了支持。