Il mondo aerospaziale si affida sempre più a compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio per costruire le strutture dei satelliti, razzi e aerei a reazione.

Ma la vita di questi materiali è limitata dal modo in cui gestiscono il calore.

Un team di ricercatori del FAMU-FSU College of Engineering dell'High-Performance Materials Institute della Florida State University sta sviluppando un progetto per uno scudo termico che protegge meglio quelle macchine estremamente veloci. Il loro lavoro sarà pubblicato nell'edizione di novembre di Carbonio .

"Proprio adesso, i nostri sistemi di volo stanno diventando sempre più veloci, anche entrando in sistemi ipersonici, che sono cinque volte la velocità del suono, " ha detto il professor Richard Liang, direttore di HPMI. "Quando hai velocità così alte, c'è più calore su una superficie. Perciò, abbiamo bisogno di un sistema di protezione termica molto migliore."

Il team ha utilizzato nanotubi di carbonio, che sono collegati esagoni di atomi di carbonio a forma di cilindro, per costruire gli scudi termici. I fogli di quei nanotubi sono anche conosciuti come "buckypaper, " un materiale con incredibili capacità di condurre calore ed elettricità che è stato oggetto di studio presso l'HPMI. Immergendo la buckypaper in una resina composta da un composto chiamato fenolo, i ricercatori sono stati in grado di creare un leggero, materiale flessibile che è anche abbastanza resistente da proteggere potenzialmente il corpo di un razzo o di un jet dal calore intenso che deve affrontare durante il volo.

Gli scudi termici esistenti sono spesso molto spessi rispetto alla base che proteggono, ha detto Ayou Hao, un membro della facoltà di ricerca presso HPMI.

Questo design consente agli ingegneri di costruire uno scudo molto sottile, come una sorta di pelle che protegge l'aereo e aiuta a sostenerne la struttura.

Dopo aver costruito scudi termici di vario spessore, i ricercatori li hanno messi alla prova.

Un test prevedeva l'applicazione di una fiamma ai campioni per vedere come impedivano al calore di raggiungere lo strato di fibra di carbonio che avrebbero dovuto proteggere. Dopo di che, i ricercatori hanno piegato i campioni per vedere quanto fossero forti.

Hanno scoperto che i campioni con fogli di carta buckypaper erano migliori dei campioni di controllo nel disperdere il calore e impedire che raggiungesse lo strato di base. Sono inoltre rimasti forti e flessibili rispetto ai campioni di controllo realizzati senza strati protettivi di nanotubi.

Questa flessibilità è una qualità utile. I nanotubi sono meno vulnerabili alla fessurazione ad alte temperature rispetto alla ceramica, un tipico materiale di protezione dal calore. Sono anche leggeri, che è utile per gli ingegneri che vogliono ridurre il peso di qualsiasi cosa su un aereo che non aiuta il modo in cui vola.