Nowy materiał do zastosowań w przemyśle lotniczym i kosmicznym

Lekki, wytrzymały mechanicznie i przewodzący ciepło, a przede wszystkim – z właściwościami ekranującymi promieniowanie elektromagnetyczne – taki będzie nanokompozyt polimerowy, nad którym pracuje dr Anna Łapińska z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej.

Na realizację projektu „Opracowanie technologii produkcji wielofunkcyjnych nanokompozytów polimerowych do zastosowań w przemyśle lotniczym i kosmicznym” nasza badaczka otrzymała finansowanie w jedenastej edycji programu LIDER, organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Uwaga, zagrożenie!

Współczesne statki powietrzne oraz kosmiczne są maszynami niezwykle zaawansowanymi. W obu tych obszarach ogromną rolę ogrywa szereg systemów elektronicznych, których prawidłowe współdziałanie jest kluczowe dla życia i zdrowia załogi oraz pasażerów.

– Obecność tylu urządzeń elektronicznych implikuje szereg zagrożeń, takich jak m.in. interferencję sygnału elektromagnetycznego, przegrzewanie się elementów elektronicznych, dużą wagę całej konstrukcji – wyjaśnia dr Anna Łapińska. – Aktualnie problemy te rozwiązuje się głównie poprzez ekranowanie sygnału elektromagnetycznego, specjalne systemy uziemień oraz ochronę przed zwarciami prądu, a problemy z generacją ciepła rozwiązywane są przy pomocy specjalnych materiałów (TIM). Wagę redukuje się poprzez użycie różnego rodzaju kompozytów.

Potrzeba zmiany

Większość stosowanych rozwiązań oparta jest na metalach, które są ciężkie, drogie, trudne w obróbce, korozyjne i sztywne. Dlatego istnieje ogromne zapotrzebowanie na materiały alternatywne: lekkie, elastyczne, tańsze, o doskonałych właściwościach. Takie są materiały o strukturze dwuwymiarowej, które w połączeniu z polimerową matrycą dadzą nowoczesny, wielofunkcyjny produkt.

– Wspomniane materiały o strukturze 2D wyróżniają się wieloma niezwykłymi cechami, przede wszystkim przewodnictwem cieplnym (dla grafenu jest ona ponad 10 razy lepsza niż dla srebra) i wytrzymałością na rozciąganie (ponownie dla grafenu jest ona ponad 300 razy lepsza od stali konstrukcyjnej czy kevlaru) – precyzuje dr Łapińska. – MXeneny cechują się najwyższą efektywnością ekranowania EMI wśród syntetycznych materiałów, która wynosi 93 dB (jest porównywalna dla najlepszych obecnie na rynku EMI metali). Heksagonalny azotek borku w kompozycie polimerowym powoduje wzrost jego przewodnictwa, siły adhezji (łączenia) oraz poprawia parametry dielektryczne (m.in. stałą dielektryczną). Dodatkowo wszystkie te materiały są ultralekkie.

W ramach projektu dr Łapińskiej powstanie wielofunkcyjny nanokompozyt polimerowy na bazie materiałów 2D o właściwościach ekranujących promieniowanie EMI, przewodzący ciepło, wytrzymały mechanicznie oraz lekki.

– Mój nanokompozyt będzie występował w postaci pasywnych elementów elektronicznych oraz powłok do kabli elektrycznych oraz telekomunikacyjnych – mówi badaczka z Wydziału Fizyki PW. – Znajdzie zastosowanie w szczególności w sektorach lotniczym oraz kosmicznym.

Projekt „Opracowanie technologii produkcji wielofunkcyjnych nanokompozytów polimerowych do zastosowań w przemyśle lotniczym i kosmicznym” finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER XI (nr projektu: 0031/L-11/2019)

Kierownik projektu: dr Anna Łapińska

Czas realizacji projektu: 1.01.2021 – 31.12.2023