Китайские исследователи разработали новый изолятор из углеродных нанотрубок, который выдерживает высокие температуры до 2600 °C, превосходя все другие материалы, используемые в условиях экстремальных температур. Этот прорыв может быть использован для создания теплозащитных экранов на гиперзвуковых аппаратах и космических кораблях при входе в атмосферу, а также в других высокотемпературных средах.
Проблема существующих теплоизоляционных материалов
Космическим аппаратам, реактивным двигателям и промышленным печам требуются материалы, которые могут выдерживать высокую температуру, не плавясь, не растрескиваясь и не пропуская тепло. Однако современные высокотемпературные теплоизоляционные материалы (TIMs) имеют существенные недостатки. Они либо выходят из строя при температурах выше 1500 °C, либо не очень эффективны в блокировке прохождения тепла. Это означает, что для достижения достаточной степени изоляции приходится использовать больше материала, что увеличивает объём и вес.
Новый материал: супервыровненные плёнки из углеродных нанотрубок (SACNT-SF)
Учёные ищут новые, передовые материалы, которые могли бы эффективно блокировать тепло, будучи при этом тонкими и лёгкими. В статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials, исследователи из Университета Цинхуа описывают, как они уложили и скрутили вместе очень тонкие, гибкие плёнки из углеродных нанотрубок, чтобы создать новый изоляционный материал.
Исследователи написали в своей статье, что SACNT-SF демонстрирует эффективную теплопроводность 0,004 Вт/(м·К) при комнатной температуре и 0,03 Вт/(м·К) при 2600 °C, превосходя все известные на сегодняшний день TIMs.
Свойства изоляции SACNT-SF
Изоляционные свойства SACNT-SF обусловлены сочетанием факторов. Уложенные нанотрубки в основном состоят из пространства, поэтому для прохождения тепла остаётся не так много твёрдого материала. А промежутки между ними настолько малы, что блокируют движение молекул газа, предотвращая передачу тепла.
Помимо превосходной изоляции, SACNT-SF также отличается удивительной прочностью. Он выдерживает многократные циклы нагрева и охлаждения и остаётся стабильным до 3000 °C в атмосфере аргона. В отличие от громоздких изоляционных материалов, это инновационное вещество изготовлено из плёнок толщиной в бумагу, которые можно легко согнуть и придать им различные формы.
Потенциальное применение
Существует большой интерес к SACNT-SF и его многочисленным потенциальным применениям. Например, его можно использовать для создания более эффективных теплозащитных экранов для космических кораблей и гиперзвуковых аппаратов, а также для повышения эффективности работы чрезвычайно горячих печей и реакторов. Благодаря своей тонкости и гибкости, им можно обернуть сложные электронные компоненты для защиты их от перегрева.
Однако существенным недостатком этого нового изолятора из углеродных нанотрубок является то, что он окисляется при температуре выше 500 °C на воздухе. Это означает, что его нельзя использовать в незащищённых средах с кислородом при повышенных температурах, так как он будет сгорать.
Поэтому исследовательская группа планирует добавить защитные покрытия, которые позволят ему работать в условиях, где кислород присутствует при высоких температурах, например, в реактивных двигателях.
© 2025 Science X Network
More from Materials and Chemical Engineering