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日前，我科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（簡稱蘇州納米所）正式與歐洲空客工程技術中心簽署合作協議，並宣佈成立“航空納米材料聯合實驗室”。雙方將以市場化為方向，加快納米材料在大飛機上的應用，這也是空客在納米領域首次與我國方面簽署的戰略合作。本文根據國內外公開資料，分析其技術背景。

碳納米管材料是繼碳纖維，芳綸纖維，超高分子量聚乙烯纖維材料之後，近20年來工程技術人員又一寄以厚望的新一代高性能人工材料。理論計算及實驗結果表明，碳納米管具有極為優異的力學、電學及熱學等性能。從理論上講，其拉伸強度可高達100GPa，超過目前日本東麗公司T1000級碳纖維拉伸強度的10倍以上，是鋼的100倍，而密度只有鋼的六分之一，讓日方高度關注，專家總結了一句話：“史無前例”，作為世界碳纖維第一大國，日本東麗公司壟斷了高強度碳纖維的70%世界市場，這是第一種超過T1000級碳纖維的新型碳納米管材料技術。

由於具有優良的導電性，其電流強度比銅高出300倍以上，碳納米管是目前唯一有可能取代硅，併成為下一代微電子產業的基礎材料。在散熱性能方面，碳納米管比目前室溫下最好的金剛石散熱片，導熱性能要高出3倍以上。由於碳在地球上廣泛存在於大氣、地殼和生物之中，其原料易得，因此高性能碳納米材料的製備與應用成為近20多年來國際科學界最熱點的前沿研究之一。蘇州納米所於2009年7月成立後，在碳納米管新材料研究及應用上取得了一系列重大成果而引起世人關注。在新一代戰鬥機和大型運輸機上，以碳纖維複合材料取代金屬、玻璃纖維來減輕重量是目前普遍的發展趨勢，但在實際使用過程中卻發現，碳纖維也有自身侷限性，比如韌性較低，而飛機的機翼等部件卻恰恰要求具有良好的的韌性。

常坐飛機的朋友可以發現，民航客機在遇到強氣流時機翼韌性極好，彎曲變形幅度很大也不會折斷。據公開資料披露，蘇州納米所研製的40微米厚（0.04毫米）的碳納米管薄膜嵌入到3.5毫米厚，140毫米長的碳纖維複合材料層壓板後，其彎曲韌性提高了40-60%，完全能夠滿足飛機設計師的力學性能要求。目前，碳纖維必須在浸入液體樹脂材料固化成型製成碳纖維複合材料後才能真正投入產品應用，而一般固化工藝都是採用熱壓罐高溫成型。熱壓罐成型技術可以保證製品的質量穩定，力學性能可靠。我國為了生產空警2000預警機雷達天線整流罩，曾經研製出了當時亞洲最大的熱壓罐，確實投入了大量經費支持。

然而，在實際使用過程中，以熱壓罐成型方式製備的複合材料存在許多問題，例如：熱壓罐成型能耗非常大，能源利用率非常低；熱壓罐成型週期非常長，設備利用率低；對於大型的熱壓罐，壓力和溫度控制較難，升溫速度緩慢。這些缺陷的存在都大大增加了複合材料構件的成本。同時，碳纖維在浸潤樹脂固化成型後與金屬材料相比，導電和導熱性能變差，因此不得不在碳纖維複合材料蒙皮中增加微型銅網，用以通電加熱除冰和疏散雷擊瞬時大電流，來應對冰雪和雷電等惡劣天氣。熱壓罐成型製品難以滿足這樣的需求，而且微型銅網的引入無疑還會增加飛機的重量，使其消耗更多的燃料。

蘇州納米所研製的多孔碳納米管薄膜鋪於碳纖維和液體樹脂中間後，不需昂貴的熱壓罐高溫成型，僅需簡單的抽真空後通電自加熱就可成型，與傳統熱壓罐固化方式相比，碳納米管薄膜電加熱固化技術可將能耗和成型時間分別降低83.7%和28.9%，而與熱壓罐固化成型出來的複合材料具有相同的力學性能。而且固化完成後，碳納米管薄膜還可以作為碳纖維複合材料的組成部分使其具有優異的導電發熱性能，用於除冰防雷，具有廣泛的應用前景。可以說，這是高性能碳纖維複合材料製造上一個里程碑的突破。

同時，碳納米管薄膜還具有優秀的防彈性能，初步試驗表明，在高性能纖維防彈材料衣中嵌入蘇州納米所研製的碳納米管薄膜後，不僅防彈性能提高了10%左右，而且最重要的是其抗衝擊性能提高了21%。也就是說，原先防彈頭盔可能防住了子彈射穿，但子彈帶來的衝擊後效應力很可能使頸椎折斷，對頭部造成非貫穿性損傷。而加入碳納米管薄膜的防彈頭盔則減少甚至避免了上述傷害。由於以上披露的碳納米管薄膜應用公開資料性能表現十分理想，經多次考察後，歐洲空客公司決定和蘇州納米所展開通力合作，並迅速形成規模化、產業化，來進一步減輕飛機重量，提升飛機的安全性、舒適性。