許多納米材料的小尺寸、輕質特性和有益特性意味著它們受到許多高科技行業的關注，尤其是那些需要高性能機械性能的行業，例如汽車和航空航天行業。隨著航空航天應用資金的增加，許多納米材料生產商正在與航空航天工業合作，使用納米材料改進飛機的部件和系統。

鑒于興趣和投資，以及航空航天領域不斷創新的需要，用不了多久我們就會開始看到納米材料經常用于飛機。在這里，我們著眼于目前新興的一些關鍵領域以及納米材料在哪些領域最具潛力。

輕量化和改進的機械性能

在航空航天業以及任何運輸業中，輕量化是材料在安全/穩定性之后需要具備的最重要的特性之一。航空航天業一直在努力減輕飛機的重量，同時在其框架和部件中保持相同水平或更好的機械完整性。飛機越輕，使用的燃料就越少。使用更少的燃料不僅可以減少碳排放并提高燃料效率；它還降低了每次飛行的成本。

多年來，飛機不斷變得更輕，納米材料的小尺寸和輕質特性為制造更輕的飛機提供了機會。復合材料廣泛用于制造飛機框架。將納米材料集成到這些復合材料中可增強機身和內部組件的剛度、強度和魯棒性，同時使飛機更輕。除了增強的機械性能外，集成納米材料還可以為機身引入改進的傳熱和耐熱性能。

使用納米材料的主要好處之一是您無需在復合材料中使用大量納米材料即可看到好處。通常在幾個 wt% 或在某些情況下甚至低于 1 wt% 即可實現效益。引入如此少量也可以減少執行相同功能所需的材料量。因此，除了使用更輕的添加劑外，材料需求的減少還可以協同使用以減輕飛機重量。

納米材料超越傳統復合材料的潛力也存在。近年來，人們對使用增材制造制造熱區發動機部件（由金屬合金制成）和 3D 打印復合材料產生了濃厚興趣。將納米材料集成到 3D 打印熱塑性塑料中的潛力是有希望的，因為這可能是一種更便宜、更快捷的方式來更換飛機中的關鍵和非關鍵部件，尤其是小型和復雜的部件，同時確保部件的機械和磨損性能保持健全。

不同級別的增強保護

納米材料有可能保護飛機免受飛行中的惡劣因素以及飛行過程中可能影響飛機的許多不同因素的影響。許多納米材料具有出色的穩定性，以及出色的導電性/耗散性或絕緣特性（取決于所討論的材料和應用）。這種保護可以通過將納米材料集成到飛機主機復合結構中或作為飛機表面的保護屏障涂層來實現，從而可以直接阻擋或消散外部危害。

可能影響飛機的外部危害的一個例子是閃電。飛機時刻處于被雷擊的危險之中，尤其是機翼，如果能量不能有效消散，可能會對飛機造成嚴重的結構損壞。然而，通過將石墨烯等高導電納米材料集成/涂覆到飛機機翼中，您可以獲得一種輕型解決方案，可以用電耗散雷擊產生的能量。在許多飛機上，沉重的金屬結構被用來驅散閃電，但也有使用更多復合材料的動力。因此，納米材料提供了創造輕質導電復合材料的潛力，可以有效地取代金屬現狀。

將納米材料集成到飛機的關鍵部件中還可以防止冰在這些部件上以及一般的外表面上積聚。除了減輕重量外，在不同組件中添加納米材料還可以減輕加熱循環期間的熱機械應力，并提供更高的效率和更低的功耗。納米材料固有的穩定性和隨后穩定的復合結構有助于減少結冰、保護關鍵部件并防止飛機的空氣動力失速。

許多納米材料——尤其是無機材料，加上一些有機材料如石墨烯——具有很高的耐溫性，因此它們可以承受非常高的溫度而不會分解。當這些材料與其他材料結合時，無論是在整個飛機中使用的不同塑料中，還是在用于飛機內飾的紡織品中，它們都會為材料帶來阻燃性能。除了提供更好的耐火性外，將納米材料引入其他材料還可以降低著火時釋放的有毒煙霧的水平。

在飛機的機身和結構部件中添加納米材料也可以抑制進入飛機內部的振動。這可能有助于減少機艙內來自外部的噪音。

除了上面提到的其他保護增強功能外，許多納米材料的固有強度、機械性能和穩定性意味著除了主要優點外，還可以將其他保護性能引入飛機。這些包括抗電磁干擾 (EMI) 和紫外線 (UV) 光線以及增強的耐腐蝕性。

傳感器和監控系統

傳感器是飛機不可或缺的一部分。飛機上的傳感器測量從燃料水平到內部溫度和外部條件以及發動機的各個方面的一切，以確保它們正常運行。考慮到飛機飛行的高度和條件以及商用飛機的不同內部因素，傳感器是航空航天領域不可或缺的技術，用于監控和確保所有關鍵系統以最佳和安全的方式工作。

在航空航天傳感器中使用納米材料可能證明是有益的。在傳感器中集成納米材料通常可以開發具有高靈敏度的傳感器。如果將正確的材料用作有源傳感表面，則由此產生的靈敏度可以大于或等于體積更大的傳感器。納米材料的輕質特性意味著您可以制造非常小、高效的傳感器。對于航空航天應用，這具有兩個主要優勢。

由于納米材料使設計人員能夠制造更小的傳感器，航空航天業可以將更多傳感器安裝到不同的飛機系統中以監測更多參數，從而提高飛機系統的整體安全性和優化。

因為納米傳感器比其他傳感器小得多，所以它們也輕得多。因此，對于以輕量化為關鍵的飛機，納米材料提供了一種減輕飛行器中使用的傳感器重量的方法，這對飛機的燃油效率和油耗具有積極影響。

除了更傳統的基于監控的傳感器外，納米材料還可以為飛機前部的高光譜相機帶來潛在好處。利用許多納米材料擁有的寬電磁波譜帶寬，納米材料增強型高光譜相機可以檢測可見光、近紅外 (NIR)、短波紅外 (SWIR) 和長波紅外 (LWIR) 波長，并提供有效的即使在惡劣的天氣和能見度條件下也具有檢測能力。

結論

納米材料的體積小、重量輕、穩定性好，以及其他特殊性能，例如高導電性，意味著在許多領域將納米材料集成到現有的復合材料、涂層和電子設備中將為航空航天業帶來好處. 這些包括但不限于改進飛機的輕量化、對元素的保護以及飛機內的各種傳感和監控設備。

如果資金和創新驅動在納米材料-航空航天界面繼續進行，那么用不了多久納米材料就會被廣泛使用，我們可能會期望在飛機上越來越多地使用納米材料。未來。

審核編輯黃昊宇