Immagine termografica a infrarossi di un composito nanoingegnerizzato riscaldato tramite sonde elettriche (le clip possono essere viste nella parte inferiore dell'immagine). La scala dei colori è in gradi Celsius. Il logo del MIT è stato lavorato a macchina nel composito, e i punti caldi e freddi attorno al logo sono causati dalle interazioni termoelettriche del riscaldamento resistivo e dal "danno" del logo al composito. Il rilevamento termografico avanzato descritto nell'articolo funziona allo stesso modo. Immagine:Roberto Guzmán de Villoria, MIT
Negli ultimi anni, molti produttori di aeroplani hanno iniziato a costruire i loro aerei con materiali compositi avanzati, costituiti da fibre ad alta resistenza, come carbonio o vetro, incorporato in una matrice plastica o metallica. Tali materiali sono più resistenti e più leggeri dell'alluminio, ma sono anche più difficili da ispezionare per danni, perché le loro superfici di solito non rivelano problemi sottostanti.
"Con l'alluminio, se lo colpisci, c'è un'ammaccatura lì. Con un composto, spesso se lo colpisci, non ci sono danni alla superficie, anche se ci possono essere danni interni, " dice Brian L. Wardle, professore associato di aeronautica e astronautica.
Wardle e i suoi colleghi hanno escogitato un nuovo modo per rilevare quel danno interno, utilizzando un semplice dispositivo portatile e una fotocamera sensibile al calore. Il loro approccio richiede anche l'ingegnerizzazione dei materiali compositi per includere nanotubi di carbonio, che generano il calore necessario per la prova.
Il loro approccio, descritto nell'edizione online del 22 marzo della rivista Nanotecnologia , potrebbe consentire alle compagnie aeree di ispezionare i loro aerei molto più rapidamente, dice Wardle. Questo progetto fa parte di un pluriennale, sforzo finanziato dall'industria aerospaziale per migliorare le proprietà meccaniche dei compositi avanzati di grado aerospaziale esistenti. Anche l'Aeronautica e la Marina degli Stati Uniti sono interessate alla tecnologia, e Wardle sta lavorando con loro per svilupparlo per l'uso nei loro aerei e navi.
Scoprire i danni
I materiali compositi avanzati si trovano comunemente non solo negli aerei, ma anche auto, ponti e pale di turbine eoliche, dice Wardle.
Un metodo che gli ispettori ora usano per rivelare i danni nei materiali compositi avanzati è la termografia a infrarossi, che rileva la radiazione infrarossa emessa quando la superficie viene riscaldata. In un materiale composito avanzato, eventuali crepe o delaminazione (separazione degli strati che formano il materiale composito) reindirizzeranno il flusso di calore. Questo modello di flusso anomalo può essere visto con una termocamera (termografica) sensibile al calore.
Questo è efficace ma ingombrante perché richiede di posizionare grandi riscaldatori vicino alla superficie, dice Wardle. Con il suo nuovo approccio, i nanotubi di carbonio sono incorporati nel materiale composito. Quando una piccola corrente elettrica viene applicata alla superficie, i nanotubi si scaldano, che elimina la necessità di qualsiasi fonte di calore esterna. L'ispettore può vedere il danno con una termocamera o occhiali.
"È un modo molto intelligente di utilizzare le proprietà dei nanotubi di carbonio per fornire quell'energia termica, da dentro, "dice Douglas Adams, professore associato di ingegneria meccanica alla Purdue University. Adamo, chi non è stato coinvolto nella ricerca, rileva che rimangono due sfide fondamentali:sviluppare un modo pratico per produrre grandi quantità del nuovo materiale, e garantire che l'aggiunta di nanotubi non pregiudichi la funzione primaria del materiale di resistere a carichi pesanti.
I nuovi materiali ibridi di nanotubi di carbonio che Wardle sta sviluppando hanno finora mostrato migliori proprietà meccaniche, come forza e tenacia, rispetto ai compositi avanzati esistenti.
