Under de senaste åren har många flygplanstillverkare har börjat bygga sina flygplan av avancerade kompositmaterial, som består av höghållfasta fibrer, som kol eller glas, inbäddad i en plast- eller metallmatris. Sådana material är starkare och lättare än aluminium, men de är också svårare att inspektera för skador, eftersom deras ytor vanligtvis inte avslöjar underliggande problem.

"Med aluminium, om du träffar den, det är en hack där. Med en komposit, ofta om du träffar den, det finns ingen ytskada, även om det kan finnas inre skador, "säger Brian L. Wardle, docent i luftfart och astronautik.

Wardle och hans kollegor har tagit fram ett nytt sätt att upptäcka den inre skadan, med en enkel handhållen enhet och värmekänslig kamera. Deras tillvägagångssätt kräver också att konstruera kompositmaterialen för att inkludera kolnanorör, som genererar den värme som behövs för testet.

Deras tillvägagångssätt, beskrivs i den 22 mars onlineupplagan av tidskriften Nanoteknik , kan tillåta flygbolag att inspektera sina flygplan mycket snabbare, Säger Wardle. Detta projekt är en del av ett flerårigt, flygindustrin finansierade ansträngningar för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos befintliga avancerade flyg- och rymdkompositer. US Air Force och Navy är också intresserade av tekniken, och Wardle arbetar med dem för att utveckla den för användning i deras flygplan och fartyg.

Att avslöja skador

Avancerade kompositmaterial finns vanligtvis inte bara i flygplan, men också bilar, broar och vindturbinblad, Säger Wardle.

En metod som inspektörer nu använder för att avslöja skador på avancerade kompositmaterial är infraröd termografi, som detekterar infraröd strålning som avges när ytan värms upp. I ett avancerat kompositmaterial, eventuella sprickor eller delaminering (separation av skikten som bildar kompositmaterialet) kommer att omdirigera värmeflödet. Det onormala flödesmönstret kan ses med en värmekänslig (termografisk) kamera.

Detta är effektivt men besvärligt eftersom det kräver att stora värmare placeras bredvid ytan, Säger Wardle. Med sitt nya tillvägagångssätt, kolnanorör införlivas i kompositmaterialet. När en liten elektrisk ström appliceras på ytan, nanorören värms upp, vilket eliminerar behovet av någon extern värmekälla. Inspektören kan se skadan med en termografisk kamera eller glasögon.

"Det är ett mycket smart sätt att använda egenskaperna hos kolnanorör för att leverera den termiska energin, från insidan ut, "säger Douglas Adams, docent i maskinteknik vid Purdue University. Adams, som inte var inblandad i forskningen, konstaterar att två grundläggande utmaningar återstår:att utveckla ett praktiskt sätt att tillverka stora mängder av det nya materialet, och se till att tillsatsen av nanorör inte försämrar materialets primära funktion att motstå tunga belastningar.

De nya kolnanorörshybridmaterialen som Wardle utvecklar har hittills visat bättre mekaniska egenskaper, som styrka och seghet, än befintliga avancerade kompositer.