碳并不是一种新材料。毕竟，从铅笔到钻石，它无处不在。那么，是什么让碳纳米管 (CNT) 如此特别呢？它们具有形态特征或结构特征，这解释了它们非凡的特性。碳纳米管有潜力彻底改变未来重量更轻的航空和航天飞行器的设计和操作，这些飞行器需要更高质量的智能、监视和侦察信息。

      碳纳米管是由卷起的石墨烯片（单层碳原子）制成的中空管，直径通常以纳米为单位，长度为几微米。它们还具有令人难以置信的长宽比，直径小于100纳米，但拉伸长度可达25400纳米。这确实把“又长又瘦”提升到了一个全新的（微小的）水平。

      研究人员早在1991年就首次发现了碳纳米管。此后，炒作迅速升温。世界各地的研究人员建议，碳纳米管可以用来取代阴极射线管显示器，甚至可以用来建造通往太空的巨型电梯。但这些只是理论上的应用，随着现实世界应用的停滞，急切的早期制造商很快就陷入了碳纳米管过剩的困境。

      然后，在2012年，制造商开发出了更实用的方法将碳纳米管CNT捆绑在一起，它们成为解决问题的真正选择。开始在重量更轻的电缆和成本更低的热垫片领域寻找其应用领域。事实证明，它们在航空航天领域特别有用，因为它们具有导电性、重量轻、灵活且坚韧。

      由于纳米管尺寸小，因此具有独特的形态特征，例如大表面积和高纵横比。这些特性与更轻的重量相结合，有望实现多功能特性的协同（而非寄生）组合。这些不同的特性包括导热性和导电性、辐射/EMI屏蔽、静电放电缓解、阻尼、杂散光吸收、电子小型化以及能量存储和发电。 

碳纳米管带来的五项创新

1. 用于航天器的轻型同轴电缆

      航天器、飞机和导弹使用大量同轴电缆，这确实会给它们带来负担。每当您尝试让某些东西飞起来时，减轻重量都会对性能和总体成本产生巨大影响。尽管传统电缆是由廉价的铜制成的，但碳纳米管在减轻重量方面非常有效，可以节省航天器的运行成本。

      碳纳米管的重量仅为铜的10%左右，因此可以实现更大的有效载荷并降低燃料成本。

2. 用于冷却电子设备的导热垫片

      航空航天工程中的一个常见挑战是将热量从电子设备中转移出去以避免过热。增强传热的一种方法是在垫片中设置许多接触点，将散热芯片连接到散热器。

      在纳米直径碳纳米管垫的一平方英寸内，将有超过400000个有助于传递热量的接触点。此外，碳纳米管垫片不需要粘合剂进行粘合，易于拆卸，从而节省了劳动力成本。

3. 杂散光吸收

      当您想要观察太空中的物体时，您需要阻挡来自太阳的杂散光，以便获得正在观察的物体的良好图像。望远镜和星象仪通常涂有黑色材料以吸收杂散光。

      碳纳米管以森林般的结构形态生长，称为垂直阵列，长而窄的管子高高地排成一排。‘树’之间的空间有一种捕获机制，可以捕获光线。这是一次重大胜利。

4. 辐射屏蔽

      辐射防护在太空中至关重要，质子、电子和宇宙射线可能会伤害人和电子设备。卫星中的电子设备通常封装在铝屏蔽中，为辐射提供物理屏障，但总有改进的空间。

      开发的一种新型复合材料。他们以轻质聚合物为基础，添加碳纳米管和纳米钨颗粒，打造出更轻的防护罩。纳米钨颗粒效果很好，因为它们非常小，可以用来形成薄而高效的电子屏蔽多层复合薄膜，而碳纳米管具有高浓度的氢，在阻挡质子方面特别有效。

5. 3D打印复合材料

      太空中的另一个巨大挑战是静电放电（ESD）。任何专为太空设计的物品都必须具有ESD安全性。这通常是通过使用导电材料（例如银）来分散任何可能积聚并可能造成损坏的电荷来实现的。由于碳纳米管具有较大的长径比，因此能够在低浓度下形成电网络，从而有利于复合材料零件的3D打印。因此，即使碳纳米管仅占复合材料重量的2%，它们也可以使塑料材料具有足够的导电性，足以在太空中使用。