形變碳複合材料——或能省油

2021-02-25 中國複合材料學會

空中巴士公司和麻省理工學院的研究人員正致力於開發形變材料,以使飛機更精巧輕便,同時也可能節省燃油。該材料由碳纖維複合材料構成,在熱、氣壓或其他環境因素發生變化時,可改變到多種形態。而且它們能很容易地應用到飛機上,滿足液壓制動器,馬達和鉸鏈等部件複雜化的需求。它的第一項應用可能在噴射發動機的進氣閥上實現,它需要根據飛行高度不斷調整。

形變材料並不是什麼新鮮事。早在幾十年前,人們就發現材料遇熱或受到其他刺激(如光、電)時會發生扭轉、彎曲,擴展或收縮現象。形變材料已在汽車,飛機,機器人,醫療植入物中投入使用。但其在飛行器上的應用卻受到了限制,因為形變材料大多不能忍受飛行器行駛過程中一些條件,例如極端的溫度變化。空中巴士公司技術項目組組長Christopher這樣說。




Cros說,麻省理工學院的方法有許多優點。首先,碳複合材料因其重量輕強度高而在飛機上較為常見,而大多形變材料卻沒有使用它。

Cros說,儘管也有人製備出了能夠對特定刺激(如熱刺激)作出反應的碳複合材料,但在新的製備法中,碳纖維複合材料可以和各種各樣的、對不同的環境產生響應的形變材料配對。這樣就給要求工作在苛刻環境條件下產生響應的材料選擇提供了可能選項,即使在很惡劣的條件下(例如酷熱環境)它仍能正常工作。新製備法的另一個優點是,它不需要像其他形變複合物那樣要求良好的電通路。

總部設在華盛頓肯納威克的Carbitex公司開發出了新型碳纖維複合材料,之後麻省理工學院自組裝實驗室的主任Skylar Tibbits開始了基於此材料的研究。大多數碳纖維複合材料是堅硬的:因為有基質膠將纖維束粘結起來,而不允許它們彎曲。但Carbitex開發出了一系列具有多種性質的基質材料,可使某些碳纖維複合材料像棉床單一樣鬆軟,也可以使其像金屬片那樣具有一定彈性。




弄懂了材料在某種特定條件下的變化規律之後,Tibbits將這些材料應用在3D印表機上。發現當印表機的列印模式不同時,基底會發生變化,並迫使在其上沉積的碳複合層以各種形式進行彎曲或扭轉。他和他的同事正在開發設計軟體進行仿真,以確認這些以不同方式列印出來的複合材料可在各種環境下都能正常工作。


到目前為止,Tibbits已經證實這些材料確實能夠光,水和熱的變化產生響應。並且他說,應該也有辦法使這些材料可對氣壓和其他刺激作出反應。


新聞來源:麻省理工技術評論

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