De lucht- en ruimtevaartwereld vertrouwt steeds meer op met koolstofvezel versterkte polymeercomposieten om de structuren van satellieten te bouwen, raketten en straalvliegtuigen.

Maar de levensduur van die materialen wordt beperkt door de manier waarop ze met warmte omgaan.

Een team van FAMU-FSU College of Engineering-onderzoekers van het High-Performance Materials Institute van de Florida State University ontwikkelt een ontwerp voor een hitteschild dat deze extreem snelle machines beter beschermt. Hun werk zal worden gepubliceerd in de novembereditie van Koolstof .

"Direct, onze vluchtsystemen worden steeds sneller, zelfs in hypersonische systemen gaan, die vijf keer de snelheid van het geluid zijn, " zei professor Richard Liang, directeur van HPMI. "Als je zo hoge snelheden hebt, er is meer warmte op een oppervlak. Daarom, we hebben een veel beter thermisch beveiligingssysteem nodig."

Het team gebruikte koolstofnanobuisjes, die zijn verbonden zeshoeken van koolstofatomen in de vorm van een cilinder, om de hitteschilden te bouwen. Vellen van die nanobuisjes staan ​​ook bekend als "buckypaper, " een materiaal met ongelooflijke capaciteiten om warmte en elektriciteit te geleiden dat een focus van studie is geweest bij HPMI. Door het buckypaper te weken in een hars gemaakt van een verbinding genaamd fenol, konden de onderzoekers een lichtgewicht, flexibel materiaal dat ook duurzaam genoeg is om het lichaam van een raket of straaljager mogelijk te beschermen tegen de intense hitte waarmee het wordt geconfronteerd tijdens het vliegen.

Bestaande hitteschilden zijn vaak erg dik in vergelijking met de basis die ze beschermen, zei Ayou Hao, een onderzoeksfaculteitslid bij HPMI.

Met dit ontwerp kunnen ingenieurs een heel dun schild bouwen, als een soort huid die het vliegtuig beschermt en de structuur ervan helpt ondersteunen.

Na het bouwen van hitteschilden van verschillende diktes, de onderzoekers stelden ze op de proef.

Eén test omvatte het aanbrengen van een vlam op de monsters om te zien hoe ze voorkomen dat warmte de koolstofvezellaag bereikte die ze moesten beschermen. Daarna, de onderzoekers bogen de monsters om te zien hoe sterk ze bleven.

Ze ontdekten dat de monsters met vellen buckypapier beter waren dan controlemonsters om warmte te verspreiden en te voorkomen dat deze de basislaag bereikte. Ze bleven ook sterk en flexibel in vergelijking met controlemonsters die waren gemaakt zonder beschermende lagen van nanobuisjes.

Die flexibiliteit is een nuttige kwaliteit. De nanobuisjes zijn minder kwetsbaar voor scheuren bij hoge temperaturen in vergelijking met keramiek, een typisch hitteschildmateriaal. Ze zijn ook lichtgewicht, wat handig is voor ingenieurs die het gewicht willen verminderen van alles in een vliegtuig dat niet helpt bij het vliegen.