NASA新研究：碳纳米管如何改变航天器未来？

NASA新研究：碳纳米管如何改变航天器未来？

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IT之家

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来源

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https://www.ithome.com/0/820/686.htm

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http://hxdata.chisa.edu.cn/professor/detail/id/15444

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https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39858708/

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https://mechnano.com/carbon-nanotubes-a-breakthrough-in-material-science/

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https://phys.org/news/2024-10-carbon-nanotubes-precise-chirality.html

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https://readpaper.com/paper/3186987796

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https://dexmat.com/industries/aerospace/

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https://eaglepubs.erau.edu/introductiontoaerospaceflightvehicles/chapter/aerospace-materials/

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https://statnano.com/news/73972/China-Makes-Breakthrough-in-Next-generation-Carbon-Nanotube-Chips

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https://www.eurekalert.org/news-releases/1065989

2025年，美国宇航局（NASA）宣布了一项雄心勃勃的航空航天研究计划，旨在开发更安全、运行效率更高且环境影响更小的飞机。在这项计划中，一种名为碳纳米管的新型材料因其卓越性能而备受关注，它有望彻底改变未来航天器的设计与制造。

碳纳米管是一种由碳原子组成的筒状结构材料，其直径在纳米尺度。这种独特的结构赋予了碳纳米管一系列令人惊叹的特性：

• 力学性能：碳纳米管的抗拉强度是钢的100倍，而密度仅为钢的1/6。这意味着它可以在保持高强度的同时大幅减轻结构重量。
• 电学性能：碳纳米管具有极低的电阻率，电子传输过程中几乎无能量损失，远优于传统金属材料。
• 热学性能：其热导率高于铜，且轴向导热性能优越，非常适合用于需要快速散热的应用场景。
• 化学稳定性：碳纳米管在多种环境下表现出色，不易被氧化或腐蚀，延长了使用寿命。

NASA与密歇根理工大学（Michigan Technological University）合作，开展了一系列关于碳纳米管的研究项目。其中，最引人注目的是将单壁碳纳米管（SWCNTs）与聚合物复合材料结合，开发新型轻质辐射屏蔽材料。

密歇根理工大学的G. Caneba教授团队正在研究如何将碳纳米管应用于太阳能吸收和辐射防护。他们开发的碳纳米管/聚合物复合薄膜不仅能够有效吸收太阳能，还能作为轻质辐射屏蔽材料，为未来航天器的能源利用和防护提供新的解决方案。

在碳纳米管的研究领域，一个长期存在的挑战是对其手性的精确控制。手性决定了碳纳米管的电子性质，因此对手性进行精确控制是实现其在半导体器件中应用的关键。

近期，日本东北大学（Tohoku University）的研究团队取得了重大突破。他们开发出一种新型的三金属催化剂（NiSnFe），成功合成了纯度超过95%的(6,5)手性碳纳米管。这一突破不仅提高了碳纳米管的合成效率，还显著改善了其光电性能，为未来在半导体器件中的应用铺平了道路。

碳纳米管在航空航天领域的应用前景广阔。通过将其融入复合材料中，科学家们正在努力克服传统复合材料的局限性，并解决大规模生产、成本控制及性能优化等问题。

未来，碳纳米管有望使航天器更加坚固轻便，同时显著减少燃料消耗和环境污染。随着研究的深入和技术的发展，这种神奇的纳米材料将为航空航天领域带来革命性的变化。