碳納米管是由卷繞的石墨烯片形成的分子結(jié)構(gòu)，其形成單壁或多壁同心連接的納米管。碳納米管還具有獨(dú)特的物理特性，使其在航空航天領(lǐng)域的創(chuàng)新材料合成中具有吸引力。

碳納米管在航空航天中的應(yīng)用

現(xiàn)代飛機(jī)的結(jié)構(gòu)由各種復(fù)合材料組裝成多層糕點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。領(lǐng)先的飛機(jī)制造商使用復(fù)合材料（例如碳纖維增強(qiáng)塑料）建造客機(jī)。與傳統(tǒng)鋁制飛機(jī)相比，先進(jìn)的復(fù)合材料具有卓越的耐用性，并顯著減輕了飛機(jī)的整體重量。

雖然最先進(jìn)的復(fù)合材料具有非凡的性能，但它們很脆弱。與金屬不同，金屬在分裂前可以承受重大沖擊，而多層復(fù)合材料可能會(huì)因最小的沖擊而損壞。

使用碳納米管解決復(fù)合材料的問(wèn)題

工程師們找到了一種使用碳納米管生產(chǎn)航空級(jí)復(fù)合材料的方法，并解決了傳統(tǒng)復(fù)合材料的局限性。與以前的復(fù)合材料相比，所得材料更加耐用，并且具有更好的抗損壞性。工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種替代方案，其中包含碳納米管，碳納米管是原子薄的碳線圈，具有超高的強(qiáng)度。

研究人員開(kāi)發(fā)了一種將碳納米管小“森林”嵌入類似于膠水的聚合物基質(zhì)中的技術(shù)。然后，科學(xué)家們將這種膠狀結(jié)構(gòu)夾在碳纖維層之間。這些管子看起來(lái)像垂直方向的線，進(jìn)入復(fù)合材料層之間的空間，充當(dāng)將它們牢固地固定在一起的基礎(chǔ)。這項(xiàng)新技術(shù)增強(qiáng)了材料的結(jié)構(gòu)完整性，提高了其在航空應(yīng)用中的效率和壽命（Guzman 等人，2016）。

碳納米管在衛(wèi)星中的應(yīng)用

CNT 的導(dǎo)電性在天線設(shè)計(jì)中具有實(shí)際用途，其性能比傳統(tǒng)天線提高了二十倍。此外，碳納米管的導(dǎo)電性可以實(shí)現(xiàn)出色的電磁輻射防護(hù)。碳納米管在改進(jìn)電池技術(shù)方面尤其重要，因?yàn)樗鼈冇米麟姌O材料可以提高能量密度，同時(shí)應(yīng)對(duì)高溫（Prasad 等人，2018）。

碳納米管是有價(jià)值的添加劑材料，與其他元素結(jié)合可以構(gòu)建太空結(jié)構(gòu)。它們出色的導(dǎo)熱性使它們非常適合生產(chǎn)有效吸收光的材料。這一特性可減少雜散光，也可用作太陽(yáng)能電池板涂層，大幅提高太陽(yáng)能電池板的光吸收能力（Gohardani et al., 2018）。

推進(jìn)器是衛(wèi)星推進(jìn)的重要組成部分，可以從 CNT 的場(chǎng)發(fā)射能力中受益匪淺。納米管通過(guò)提高每個(gè)組件的性能來(lái)提高衛(wèi)星的整體效率（Prasad 等人，2018）。

碳納米管的挑戰(zhàn)和局限性

雜質(zhì)、不均勻的形態(tài)和結(jié)構(gòu)、疏水性和成束傾向只是碳納米管在航空航天應(yīng)用中使用的一些障礙。

許多挑戰(zhàn)阻礙著碳納米管完全融入航空航天業(yè)的道路。雖然碳納米管在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大，但科學(xué)家們尚未充分認(rèn)識(shí)到碳納米管在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)際優(yōu)勢(shì)。

為了充分利用碳納米管在商業(yè)運(yùn)輸行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)，克服與航空航天領(lǐng)域?qū)嵤┨技{米管相關(guān)的挑戰(zhàn)是相關(guān)的。這些挑戰(zhàn)包括：

大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管零件的能力。

確保以相對(duì)較低的成本獲得高質(zhì)量的材料。

實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的性能。

解決碳納米管對(duì)人類安全和健康的擔(dān)憂。

開(kāi)發(fā)回收方法以盡量減少對(duì)環(huán)境的影響。

未來(lái)展望和研究方向

美國(guó)宇航局最近宣布了其航空航天研究計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)更安全、運(yùn)行效率更高、對(duì)環(huán)境影響更小的飛機(jī)。該研究計(jì)劃包括將納米技術(shù)（特別是碳納米管）融入航空航天應(yīng)用的新型材料。其正在廣泛研究碳納米管，相信它們可以在航空航天業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

Whipple 防護(hù)罩是一種旨在保護(hù)航天器/衛(wèi)星免受微流星體和軌道碎片影響的防護(hù)罩，是一個(gè)有趣的 CNT 研究領(lǐng)域。當(dāng)將碳納米管納入衛(wèi)星復(fù)合材料中時(shí)，碳納米管可能有助于顯著提高其抗沖擊性（Gohardani 等人，2018）。

航天器的熱管理是其太空運(yùn)行的一個(gè)重要方面。任何空間系統(tǒng)的熱管理都依賴于有效的熱傳遞，以將設(shè)備保持在其運(yùn)行范圍內(nèi)。由于碳納米管是有效的熱導(dǎo)體，因此它們可用于制造散熱器、熱管道、加熱器和絕緣體等部件的復(fù)合材料，以提高熱管理系統(tǒng)的性能（Gohardani 等人，2018）。

納米技術(shù)領(lǐng)域不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)表明它涵蓋了各個(gè)科學(xué)學(xué)科的應(yīng)用。因此，與航空科學(xué)相關(guān)的革命性碳納米管相關(guān)想法的未來(lái)可能性是相當(dāng)令人鼓舞的。 

文章來(lái)源：Carbontech