Doorbraak van koolstof nanobuis materiaal vestigt een nieuw thermisch isolatie -record

Chinese onderzoekers hebben een nieuwe koolstofnanobuisisolator ontwikkeld die bestand is tegen hoge temperaturen tot 2.600 ° C, beter dan alle andere materialen die worden gebruikt voor toepassingen voor extreme temperatuur. Deze doorbraak zou kunnen worden gebruikt voor warmteschermen op hypersonische voertuigen en ruimtevaartuigen tijdens het opnieuw invoeren in de atmosfeer en in andere omgevingen op de hoge temperatuur.

Ruimtevaartuigen, straalmotoren en industriële ovens hebben materialen nodig die warmte aan kunnen zonder smelten, barsten of uitharten. Hoge temperatuur thermische isolatiematerialen (TIM’s) hebben echter grote nadelen. Ze falen bij temperaturen boven 1500 ° C of zijn niet erg effectief bij het voorkomen dat de warmte erdoorheen gaat. Dit betekent dat u om een ​​behoorlijke hoeveelheid isolatie te bereiken, meer materiaal moet gebruiken, wat bulk en gewicht toevoegt.

Dat is de reden waarom wetenschappers op zoek zijn naar nieuwe, geavanceerde materialen die warmte effectief kunnen blokkeren en tegelijkertijd dun en licht zijn. In een paper gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialenOnderzoekers van de Universiteit van Tsinghua beschrijven hoe ze zich hebben gestapeld en samengevoegd, zeer dunne, flexibele films van koolstofnanobuisjes om een ​​nieuw isolatiemateriaal te creëren dat superuitgealde koolstof nanobuisfilms (SACNT-SF) wordt genoemd. Dit revolutionaire materiaal blokkeert warmte effectiever dan elke andere bekende isolator bij hoge temperaturen.

“SACNT-SF vertoont een effectieve thermische geleidbaarheid van 0,004 W M.⁻¹ K⁻¹ bij kamertemperatuur en 0,03 W M⁻¹ K⁻¹ Bij 2.600 ° C, beter dan alle tims die tot op heden zijn gerapporteerd, “schreven de onderzoekers in hun paper.

De isolatie-eigenschap van Sacnt-SF is te wijten aan een combinatie van factoren. De gestapelde nanobuisjes zijn meestal ruimte, dus er is niet veel vast materiaal om warmte door te reizen. En de openingen tussen hen zijn zo klein dat ze de beweging van gasmoleculen blokkeren, waardoor ze warmte overbrengen.

Naast zijn superieure isolatie is Sacnt-SF ook opmerkelijk duurzaam. Het kan bestand zijn tegen herhaalde verwarmings- en koelcycli en blijft stabiel tot 3000 ° C in een argonatmosfeer. En in tegenstelling tot omvangrijk isolatiemateriaal, is deze innovatieve stof gemaakt van papier-dunne films die gemakkelijk rond verschillende vormen kunnen buigen.

Er is veel opwinding over SACNT-SF en zijn vele potentiële toepassingen. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt om betere warmteschermen te creëren voor ruimtevaartuigen en hypersonische voertuigen, en het kan de efficiëntie van extreem hot ovens en reactoren verbeteren. Omdat het dun en flexibel is, kan het ook worden gewikkeld rond complexe elektronische componenten om ze tegen warmte te beschermen.

De volgende uitdaging

Een significant nadeel van deze nieuwe koolstofnanobuis -isolator is echter dat het boven 500 ° C in lucht oxideert. Dit betekent dat het niet kan worden gebruikt in onbeschermde omgevingen met zuurstof bij verhoogde temperaturen, omdat het zou wegbranden.

Het onderzoeksteam is dus van plan om beschermende coatings toe te voegen waarmee het kan werken in instellingen waar zuurstof aanwezig is bij hoge temperaturen, zoals straalmotoren.