麻省理工大學航空航天技術工程師設計方案了碳納米管“針”，它能夠“穿針”使復合材料固層完成優良融合，進而有利于生產制造出品質更輕、抗損害性能更強的航空航天飛機。

現階段，空客和波音企業全新的載人航天飛船飛機外殼主要是由優秀的復合材料組成的，例如用品質特輕且應用性能出色的碳纖維彈性體材料替代飛機的鋁基原材料，能夠使其凈重緩解約20%。復合材料在飛機上的關鍵運用優點就取決于根據緩解凈重以節約汽柴油耗費。

可是復合材料抗損害性能較弱：與鋁基原材料在開裂前能夠承擔很大的沖擊性對比，復合材料的雙層構造在較小沖擊性下就非常容易產生開裂。低抗損害性能早已變成復合材料的阿喀琉斯之踵。

近日，麻省理工大學(MIT)的航空公司技術工程師探尋出一種粘接復合材料層的新方式，進而使其抗壓強度高些，耐損害性能更強。

科學研究工作人員應用碳納米管將每一層復合材料“栓”在一起。碳納米管中的薄卷狀氧原子盡管“身型”細微，可是抗壓強度極高。她們在類膠狀物聚合物基材中置入碳納米管 “山林”，隨后“卡緊”碳纖維復合材料固層的聚合物基材。納米管就好像細微的垂直排序的“針”，當做雙層構造的支撐架，在固層位置開展“手術縫合”。

檢測結果顯示，與目前復合材料對比，經碳納米管“手術縫合”的復合材料抗壓強度可提高30%，在開裂前要承擔更高的相互作用力。

該項科學研究的頂尖研究者，MIT航天航空系博士研究生Roberto Guzman覺得，性能提高的復合材料能夠用以生產制造抗壓強度高些、品質更加輕的飛機零部件，尤其是這些應用傳統式復合材料生產制造的因包括螺絲或地腳螺栓而非常容易開裂的零部件。

“規格是重要”

當今，復合材料由片層的橫著碳纖維構成，根據聚合物粘膠接。該項科學研究參加者，MIT航天航空系專家教授Wardle強調，“固層相接處是十分欠缺、存在的問題的地區”。很多專家學者試著選用“Z釘扎”方式固定不動或根據“三維定編”復合材料層的碳纖維束以提高融合性能，類似鋼釘和針線活起著的功效。

Wardle 表明，“鋼釘或針的規格是碳纖維的幾千倍，因此 假如在碳纖維中添加這種化學物質，可能毀壞不計其數的碳纖維，對復合材料自身的損害顯而易見。”而碳納米管直徑10納米技術，僅有碳纖維規格的百萬分之一。

“規格的難題很重要，正由于納米管進到復合材料內部而不容易危害大容量的碳纖維，才使復合材料的性能得到維持，” Wardle表述說，“碳納米管有著的面積做到碳纖維的1000倍，這使他們與聚合物基材融合優良。”

Guzman和Wardle選用的新技術應用就可以使碳納米管置入聚合物膠內部。最先，她們得到垂直排序的碳納米管山林，隨后將納米技術山林放置濃稠的、未干固的復合型層中間，反復此全過程一直到16層(典型性的復合材料層疊構造)，完成碳納米管在層與層中間粘接。

Wardle覺得，“伴隨著大部分新式飛機的凈重超出一半來自于復合材料，提高當今復合材料的綜合性性能對擴寬其在航空公司構造中的運用將具有非常大的促進功效。”

參照全文連接：Carbon nanotube 'stitches' make stronger, lighter composites.

參考文獻連接：In-plane strength enhancement of laminated composites via aligned carbon nanotube interlaminar reinforcement.

來源于：材料牛