In recente jaren, veel vliegtuigfabrikanten zijn begonnen hun vliegtuigen te bouwen van geavanceerde composietmaterialen, die bestaan ​​uit zeer sterke vezels, zoals koolstof of glas, ingebed in een plastic of metalen matrix. Dergelijke materialen zijn sterker en lichter dan aluminium, maar ze zijn ook moeilijker te inspecteren op schade, omdat hun oppervlakken meestal geen onderliggende problemen onthullen.

"Met aluminium, als je het raakt, daar zit een deuk. Met een composiet, vaak als je het raakt, er is geen oppervlakteschade, ook al kan er interne schade zijn, " zegt Brian L. Wardle, universitair hoofddocent luchtvaart en ruimtevaart.

Wardle en zijn collega's hebben een nieuwe manier bedacht om die interne schade op te sporen, met behulp van een eenvoudig handheld-apparaat en een warmtegevoelige camera. Hun aanpak vereist ook dat de composietmaterialen zodanig worden geconstrueerd dat ze koolstofnanobuisjes bevatten, die de voor de test benodigde warmte genereren.

Hun aanpak, beschreven in de online editie van het tijdschrift van 22 maart Nanotechnologie , luchtvaartmaatschappijen in staat zouden stellen hun vliegtuigen veel sneller te inspecteren, zegt Wardle. Dit project maakt deel uit van een meerjarig door de lucht- en ruimtevaartindustrie gefinancierde inspanning om de mechanische eigenschappen van bestaande geavanceerde composieten van ruimtevaartkwaliteit te verbeteren. De Amerikaanse luchtmacht en marine zijn ook geïnteresseerd in de technologie, en Wardle werkt met hen samen om het te ontwikkelen voor gebruik in hun vliegtuigen en schepen.

Schade ontdekken

Geavanceerde composietmaterialen worden vaak niet alleen in vliegtuigen aangetroffen, maar ook auto's bruggen en windturbinebladen, zegt Wardle.

Een methode die inspecteurs nu gebruiken om schade in geavanceerde composietmaterialen aan het licht te brengen, is infraroodthermografie, die infraroodstraling detecteert die wordt uitgezonden wanneer het oppervlak wordt verwarmd. In een geavanceerd composietmateriaal, eventuele scheuren of delaminatie (scheiding van de lagen die het composietmateriaal vormen) zullen de warmtestroom omleiden. Dat abnormale stromingspatroon is te zien met een warmtegevoelige (thermografische) camera.

Dit is effectief maar omslachtig omdat er grote kachels naast het oppervlak moeten worden geplaatst, zegt Wardle. Met zijn nieuwe aanpak koolstofnanobuisjes worden in het composietmateriaal verwerkt. Wanneer een kleine elektrische stroom op het oppervlak wordt toegepast, de nanobuisjes worden warm, waardoor er geen externe warmtebron nodig is. De inspecteur kan de schade zien met een thermografische camera of bril.

"Het is een heel slimme manier om de eigenschappen van koolstofnanobuisjes te gebruiken om die thermische energie te leveren, binnenstebuiten, " zegt Douglas Adams, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Purdu University. Adams, die niet bij het onderzoek betrokken was, merkt op dat er nog twee fundamentele uitdagingen zijn:het ontwikkelen van een praktische manier om grote hoeveelheden van het nieuwe materiaal te vervaardigen, en ervoor te zorgen dat de toevoeging van nanobuisjes geen afbreuk doet aan de primaire functie van het materiaal om zware belastingen te weerstaan.

De nieuwe hybride materialen van koolstof nanobuisjes die Wardle aan het ontwikkelen is, hebben tot nu toe betere mechanische eigenschappen laten zien. zoals sterkte en taaiheid, dan bestaande geavanceerde composieten.