Superzarovnané filmy z uhlíkových nanotrubic vydrží extrémní teploty a zajistí izolaci lépe než jakýkoliv jiný dosud používaný materiál.
Technologie, které čelí extrémním podmínkám, jako jsou kosmické lodě a satelity, proudové motory, reaktory nebo třeba průmyslové pece, potřebují tepelněizolační materiály (TIM), které vydrží vysoké teploty, aniž by se tavily nebo třeba praskaly. Soudobé materiály pro tepelnou izolaci při vysokých teplotách jsou však vzdálené ideálu.
Buď selhávají při teplotách převyšujících 1 500 °C nebo nejsou příliš účinné v bránění průchodu tepla, z čehož plyne, že je k dosažení požadované tepelné izolace nutné použít větší množství dotyčného materiálu, což zvyšuje objem a hmotnost výsledného zařízení.
Čínský výzkumný tým ovšem vyvinul nový tepelněizolační materiál, založený na uhlíkových nanotrubičkách, který vydrží teploty až do 2 500 °C, čímž předčí veškeré materiály běžně používané pro aplikace při extrémních teplotách, a současně je také velice lehký.
Jde o technologický průlom, jenž by se mohl uplatnit například při vývoji nové generace tepelných štítů pro kosmické lodě nebo třeba pro nové hypersonické rakety a letouny operující za velmi vysokých teplot.
Badatelé Univerzity Tsinghua vytvořili velice tenké filmy z uhlíkových nanotrubiček, které následně poskládali dohromady. Tím vznikl tepelněizolační materiál SACNT-SF (Super-aligned carbon nanotube films), který izoluje teplo při extrémních teplotách lépe než jakýkoliv jiný známý materiál. „SACNT-SF vykazuje efektivní tepelnou vodivost 0,004 Wm-1K-1 při pokojové teplotě a 0,03 Wm-1K-1 při 2 600 °C, což překonává všechny dosud hlášené TIM,“ napsali vědci ve svém článku.
Izolační vlastnosti SACNT-SF jsou dány kombinací faktorů. Naskládané nanotrubice jsou tvořeny převážně prostorem, takže zde není mnoho pevného materiálu, kterým by teplo mohlo procházet. A mezery mezi nimi jsou tak malé, že blokují pohyb molekul plynu a brání jim v přenosu tepla.
Kromě toho jde o materiál velice odolný. Vydrží opakované cykly zahřívání a chlazení a v argonové atmosféře je stabilní dokonce do teploty 3 000 °C. A je rovněž velmi flexibilní, je možné ho tvarovat podle povrchů rozmanitých objektů.
Jednou z významných nevýhod tohoto nového izolantu z uhlíkových nanotrubic je však to, že na vzduchu oxiduje při teplotách nad 500 °C. To znamená, že jej nelze použít v nechráněném prostředí s kyslíkem při zvýšených teplotách, protože by shořel. Výzkumný tým proto plánuje přidat ochranné povlaky, které mu umožní provoz v prostředích, kde je přítomen kyslík při vysokých teplotách, jako jsou například proudové motory.
Rozvinutá vrstva materiálu SACNT (a, g), její zvětšený detail (b), výroba a vrstvení (c), zvětšený detail výsledného materiálu SACNT-SF z pohledu vrstev a v řezu (d) a foto výsledného materiálu (e) © Tsinghua University