با استفاده از نانولوله‌های کربنی؛

نسل جدید سپر‌های حرارتی هواپیماهای مافوق‌صوت توسعه می‌یابد

محققان دانشگاه ایالتی فلوریدا موفق به تولید ساختار جدیدی برای توسعه نسل بعدی سپر‌های حرارتی هواپیما‌ها و فضاپیما‌های مافوق صوت شده‌اند که تا دمای ۱۹۰۰ درجه سانتی‌گراد مقاومت می‌کنند.

کد خبر: ۸۰۵۴۱۱

يکشنبه - ۲۶ آبان ۱۳۹۸ / November 17, 2019

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، گروهی از دانشمندان در موسسه مواد با کارایی بالا در دانشگاه ایالتی فلوریدا در حال استفاده از نانومواد پیشرفته برای تولید سپر‌های حرارتی سبک هستند که می‌توانند در برابر شرایط سخت پرواز با سرعت مافوق صوت مقاومت کنند.

سپر‌های جدید آزمایشگاهی بر پایه ورق‌های متشکل از نانولوله‌های کربنی موسوم به «buckypaper» می‌توانند به صورت پوستی بسیار نازک و انعطاف‌پذیر ساخته شوند که به راحتی می‌توانند برای محافظت و پشتیبانی از هواپیما‌های مافوق صوت استفاده شوند.

برای هواپیما‌ها و فضاپیما‌هایی که در جو زمین با سرعتی بالاتر از پنج برابر سرعت صوت حرکت می‌کنند، محافظت در برابر گرما و استفاده از سپر‌های حرارتی برای به حداقل رساندن آسیب ضروری است. این کار امروزه به طور فزاینده به کامپوزیت‌های کربنی متکی است که قدرت و سبکی را به طور همزمان فراهم می‌کنند، اما در برابر درجه حرارت‌های بالا آسیب‌پذیر هستند.

سپر‌های حرارتی ساخته شده از پلاستیک‌های فنول از دهه ۱۹۵۰ به وجود آمدند. این سپر‌ها که به عنوان سپر‌های کاهنده گرما شناخته می‌شوند، با سوختن لایه به لایه از فضاپیما‌های در حال برگشت محافظت می‌کنند و گرمای اضافی را این گونه دفع می‌کنند. متأسفانه این سپر‌ها حجیم و انعطاف‌ناپذیر هستند و باید پس از یک بار استفاده، تعویض شوند.

در دهه ۱۹۷۰، شاتل فضایی ایالات متحده از یک سپر حرارتی سرامیکی استفاده کرد که گرما را جذب کرده و مجدداً آن را می‌تاباند تا از فضاپیما محافظت کند. این سرامیک‌ها قابل استفاده مجدد بودند، اما همچنان حجیم، غیرقابل انعطاف و شکننده بودند.

اکنون محققان دانشگاه ایالتی فلوریدا به عنوان یک جایگزین با استفاده از نانولوله‌های کربنی (مولکول‌های کربن لوله‌ای شکل که ۵۰ هزار برابر نازک‌تر از موی انسان هستند) در حال توسعه یک سپر حرارتی جدید هستند که وقتی به شکل ورقه‌های روی هم فشرده می‌شوند، ۱۰ برابر سبک‌تر و ۵۰۰ برابر قوی‌تر می‌شوند.

برای ساخت سپر حرارتی، «buckypaper» با فنول رزین خیس شده است تا یک ماده سبک و انعطاف پذیر تشکیل شود. این ماده بسیار نازک و در عین حال آن قدر قوی است که می‌تواند از هواپیما‌ها و فضاپیما‌ها در برابر گرما محافظت کند.

وقتی این ماده در معرض آزمایش شعله قرار گرفت، مقاومت و انعطاف‌پذیری خود را در حرارت ۱۹۰۰ درجه سانتی‌گراد نشان داد.