کاربرد گرافن در هوافضا - ایران گرافن

گرافن در هوافضا نیز دارای کاربرد های بالقوه و شاخصی است. این ماده یک کریستال اتمی دو بعدی است که از اتم های کربن در یک شبکه شش ضلعی ساخته شده است. قوی ترین و سبک ترین ماده ای است که تاکنون شناخته شده است. یکی از مهمترین نانومواد کربنی است که دارای نانوساختار دوبعدی به ضخامت یک اتم است و دارای ویژگی های منحصر به فردی مانند دوام مکانیکی، پایداری حرارتی، پایداری شیمیایی و هدایت الکتریکی و حرارتی است ویژگی‌های گرافن آن را به یک کاندید عالی برای کاربردهای مختلف در هوافضا و همچنین در هوانوردی تبدیل می‌کند: یک میلیون بار نازک‌تر از کاغذ است و 100 تا 300 برابر قوی‌تر از فولاد است. به علاوه خواص گرافن از طریق ادغام در نانوکامپوزیت ها بیشتر بهبود یافته است.

در نانوکامپوزیت های هوافضا، از نانوذرات کربنی (نانولوله های کربنی، نانوالیاف کربنی و غیره) و نانوذرات معدنی (فلز، اکسید فلز و غیره) به عنوان تقویت کننده استفاده شده است. به طور خاص، نانوکامپوزیت‌های نانولوله‌ای پلیمری/کربنی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، پایداری گرمایی بالا، مقاومت در برابر شعله، هدایت حرارتی، استحکام و پایداری مکانیکی را برای سازه‌های هوافضا نشان داده‌اند. با این وجود، تحقیقات در مورد کامپوزیت ها/نانوکامپوزیت های مرتبط با هوافضا در جستجوی ساختارهای جدید با کارایی بالا به طور مداوم در حال رشد است.

از کاربردهای گرافن در بخش هوافضا که می توان به آنها اشاره کرد:

1) استفاده از گرافن در بادبان های خورشیدی

گرافن با استحکام مکانیکی و سبکی عالی خود، کاندیدای عالی برای تحقق بادبان های خورشیدی است که ما را به کشف سایر منظومه های ستاره ای سوق می دهد. در آینده، ما قادر خواهیم بود بادبان هایی تولید کنیم که تنها چند پوند وزن داشته باشند و با حفظ یکپارچگی آنها به طور ایمن مستقر شوند.

2)کابل گرافن برای بالابرهای فضایی

با کمک گرافن می توان کابل بسیار مقاوم بالابرهای فضایی آینده را ساخت که جایگزین موشک می شود. این کابل که توسط یک ماهواره در مدار زمین ثابت پشتیبانی می شود، امکان بلند شدن از زمین را فراهم می کند که بدون استفاده از هیچ سوختی به مدار می رسد و فضانوردان، قطعات ایستگاه های فضایی، ماهواره ها، تلسکوپ ها و تجهیزات را تا ارتفاع 36000 کیلومتری حمل می کند.

3)سیستم خنک کننده گرافن برای ماهواره ها

مدیریت حرارتی در مدیریت ماهواره ای بسیار مهم است زیرا کمبود هوا نیازمند راه حل های تکنولوژیکی خاصی برای پراکنده کردن گرما به سمت اعماق فضا است. دماهای بالا می تواند عملکرد الکترونیک و ابزار موجود در آن را به خطر بیندازد. تفاوت دمایی بین دو طرف ماهواره، یکی رو به خورشید و دیگری در تاریکی، می تواند بسیار زیاد باشد و تا 200 درجه برسد. مبدل های حرارتی گرما را از قسمت های گرم به قسمت های سرد منتقل می کنند و مازاد آن را در فضا پراکنده می کنند.

محققان قصد دارند از خواص حرارتی و فیزیکی گرافن برای بهبود کارایی مبدل‌های حرارتی استفاده کنند. اینها در واقع به لطف تبخیر مایعی که درون یک ساختار مواد متخلخل، معمولاً از فلز، قرار دارد، دستگاه‌های روی هواپیما را خنک می‌کنند. هدف محققان با جایگزینی مواد فلزی با کامپوزیت مبتنی بر گرافن و فلز، بهبود انتقال حرارت بین واحدهای الکترونیکی و سیالی است که در آنها جریان دارد.

این امر سطح برهمکنش با مایع را تا حد زیادی افزایش می دهد، به طوری که گرما می تواند به طور یکنواخت از مواد متخلخل به سیال منتقل شود. فوم های مبتنی بر گرافن همچنین فشار مویرگی مواد متخلخل را بهبود بخشیدند و به سیال اجازه دادند در چرخه خود در کل مبدل حرارتی حرکت کند. عمل مویرگی در واقع سیال را به سمت مواد متخلخل جذب می کند که به این ترتیب در سیکل بسته دستگاه مبدل به طور مداوم پمپ شده و در گردش نگه داشته می شود و خنک کننده ثابتی را فراهم می کند.

4)گرافن در زمینه هوانوردی

کاربردهای گرافن در هوافضا و در زمینه هوانوردی نیز شگفت آور است. گرافن در حال حاضر برای ساخت هواپیماها و ساختارهای هلیکوپتری سبکتر و مقاوم در برابر ضربه استفاده می شود. به لطف رسانایی الکتریکی بالای گرافن، امکان ایجاد سیستم‌های یخ‌زدایی ادغام شده در بال‌ها نیز وجود خواهد داشت. پس از آن ظرفیت محافظتی آن امکان تولید رنگ هایی را فراهم می کند که ردپای رادار را کاهش می دهد، هواپیما را نامرئی می کند و همچنین مزارع بادی ایجاد می کند که فعالیت رادارهایی را که ترافیک هوایی را کنترل می کنند، مختل نمی کند.

5)جونو: پهپاد مبتنی بر گرافن

در بریتانیا برای رونمایی از شگفتی کاربرد گرافن در هوافضا پهپادی رونمایی شده که بال آن کاملا با گرافن پوشیده شده است. بال ساخته شده از پوشش گرافن با طول بال در حدود 3.5 متر، 17 درصد سبک تر از زمانی است که با الیاف کربن پوشانده شده بود. در نتیجه استفاده از آن افزایش دامنه عمل و بار قابل حمل را ممکن می سازد. تیک آف نیز انرژی کمتری مصرف می کند. به عنوان یک امتیاز، گرافن مزیت دیگری نیز دارد که از تجمع یخ روی بال در ارتفاع جلوگیری می کند. همچنین به دلیل رسانایی بالا می تواند بدون لرزش با رعد و برق مقابله کند.

منبع:

Graphene’s Use in the Aerospace Industry