Dessa dagar, plastkomponenter är avgörande för många industriområden - lättviktskonstruktion, biltillverkning och elektroteknik, för att bara nämna några. Nu har forskare hittat geniala sätt att kombinera plast med nanopartiklar och ge dem nya egenskaper. Tack vare dessa innovativa material, flygplan skulle i framtiden kunna skyddas bättre mot blixtnedslag.

Föreställ dig scenen:kolsvarta moln samlas vid horisonten, ett flygplan som flyger mot stormen ... och plötsligt delar en blixt av vitglödgad blixt himlen. Det är inte alls ovanligt att flygplan måste passera fronter med dåligt väder, men när de gör det, det finns alltid en stor fara - blixtnedslag. Naturligtvis, flygplanstillverkare gör allt de kan för att skydda sina maskiner mot strejker, men även flygplan tillverkade av aluminium kommer inte alltid undan helt oskadda. Och när polymerkomponenter - vanligtvis kolfiberförstärkta plaster (CFRP) - införlivas i designen som en viktbesparande åtgärd, situationen blir ännu mer problematisk, eftersom de inte leder elektrisk ström lika bra som aluminium.

Vid Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM i Bremen, Tyskland, forskare har nu utvecklat en process för att tillverka nya material som ska ge flygplan bättre skydd mot blixtnedslag. De har fokuserat på de unika materialegenskaperna hos kolnanorör (CNT). CNT är bland de styvare och starkaste fibrer som är kända, och har särskilt hög elektrisk ledningsförmåga. För att överföra sina fastigheter till CFRPs, forskarna har kombinerat dessa nanopartiklar med plast. "Genom att blanda nanopartiklar med plast, vi har avsevärt kunnat förbättra materialegenskaperna hos den senare, ” säger Dr Uwe Lommatzsch, projektledare på IFAM. För att bara ge två exempel, CNT används för att optimera plastens elektriska konduktivitet, och deras värmeavledande egenskaper förbättras likaledes genom tillsats av metallpartiklar.

Tricket är i blandningsprocessen, säger Lommatzsch:"Mikro- eller nanopartiklarna måste vara mycket homogena, och ibland mycket nära bunden till polymeren." Att göra detta, forskarna använder plasmateknik. De använder ett atmosfäriskt plasma för att förändra partiklarnas yta på ett sådant sätt att de lättare kan bindas kemiskt till polymeren. En pulserad urladdning i en reaktionskammare skapar en reaktiv gas. Lommatzsch kollega, Dr Jörg Ihde, förklarar:"Vi sprutar partiklarna - d.v.s. nanorören - in i denna atmosfäriska plasma." De faller omedelbart i det valda lösningsmedlet, som sedan kan användas för att vidarebearbeta polymeren. Hela proceduren tar bara några sekunder - en stor fördel jämfört med den gamla metoden, där CNT i allmänhet framställdes i ett syrabad med användning av en våtkemisk process. Det tog flera timmar eller dagar, krävde betydligt mer kemikalier, och genererade betydligt mer avfall.

Förutom förbättrad kolfiberarmerad plast för användning i flygplanstillverkning, IFAM -forskarna har flera andra potentiella tillämpningar i åtanke. Ihde beskriver ett exempel:"Vi kan öka värmeavledningsegenskaperna hos elektriska komponenter genom att ge metallpartiklar av koppar eller aluminium en elektriskt isolerande beläggning i plasma och sedan blanda dem i en polymer." Denna kan tryckas på en elektronisk komponent så att värmen avleds direkt. "Överhettning av element är ett stort problem inom elektronikindustrin, " han lägger till. Forskarna har också utarbetat ett sätt att minska elektromagnetiska förluster genom att använda denna plasmaprocess för att belägga mjuka magnetiska partiklar som järn och sedan kombinera dem med plast. Inbyggd i elmotorer, de minskar virvelströmsförlusterna, vilket förbättrar effektiviteten och förlänger livslängden.

IFAM -experter kommer att ställa ut ytmodifierade kolnanorör - som visar betydligt förbättrad blandbarhet med lösningsmedel - på mässan K 2010 i Düsseldorf, från 27 oktober till 3 november.