Dit fietsframe van BMC was in 2005 naar eigen zeggen de eerste waarbij in het hele frame nanobuisjes verwerkt zijn.

BMC Switzerland, via CC 0

BMC Switzerland, via CC 0

Ze worden wel eens de ultieme bouwblokken genoemd: koolstofnanobuisjes. Ze zijn slechts enkele nanometers groot, vederlicht en sterker dan staal. Ze lenen zich bijvoorbeeld erg goed als toevoeging aan bestaand materiaal dat sterk en tegelijkertijd licht moet zijn.

Zo vind je al nanobuisjes in bepaalde fietsframes of tennisrackets. En wie weet zijn vliegtuigen de volgende in dit rijtje. Een Amerikaanse onderzoeksgroep van Massachusetts Institute of Technology (MIT) maakt zich sterk om koolstofnanobuisjes aan het huidige vliegtuigmateriaal toe te voegen.

Onzichtbare schade

Vliegtuigbouwers zijn de laatste jaren overgestapt van aluminium naar geavanceerde composietmaterialen.

De Boeing 787 Dreamliner was het eerste vliegtuig dat vrijwel in zijn geheel uit composietmaterialen bestond.

Wikimedia Commons

Composiet bestaat uit sterke vezels van glas of koolstof die bij elkaar worden gehouden door kunststof of metaal. Vliegtuigen zijn door het gebruik van composiet veel sterker en lichter dan toen ze met aluminium gemaakt werden. Toch heeft het gebruik van composiet ook een groot nadeel: het oppervlak verraadt geen schade meer.

Zou je per ongeluk met een baggagekarretje tegen het vliegtuig aanrijden, dan zie je direct een deuk of kras als de vliegtuigromp uit aluminium bestaat. In het geval van composiet is aan het oppervlak vrijwel niets te zien, het materiaal veert namelijk terug. Maar binnenin het materiaal kan wel degelijk schade zijn. Om composiet op schade te controleren wordt het oppervlak verwarmd. Eventuele scheuren of andere gebreken beïnvloeden de warmtegolven. En dat kun je met een infraroodcamera zichtbaar maken.

Interne warmtebron

Maar het opwarmen van een complete vliegtuigromp met grote warmtebronnen is nogal een gedoe. Volgens de onderzoekers van MIT, onder leiding van lucht- en ruimtevaartdeskundige Brian Wardle, zijn deze onhandige apparaten gelukkig niet meer nodig als je koolstofnanobuisjes toevoegt aan het composietmateriaal. Om de schade te zien hoef je dan alleen nog maar met een klein handheld apparaatje een zwakke stroom door het oppervlak aan te leggen.

Het bewijs dat het werkt: een thermografisch plaatje van een composiet met nanobuisjes, waar het MIT-logo in gemaakt is. De schade rondom het logo door het fabriceren ervan is te zien door de rode kleur.

Roberto Guzmán de Villoria, MIT

Koolstofnanobuisjes zijn namelijk bijzonder goede geleiders. Door de zwakke stroom warmen ze snel op en zenden ze warmte uit. De koolstofnanobuisjes fungeren dan als interne warmtebron, die de schade voor een infraroodcamera zichtbaar maken. Volgens Wardle is deze methode snel en goedkoop. Hij is inmiddels al in gesprek met de Amerikaanse luchtmacht om hun vliegtuigen van de nieuwe technologie te voorzien. Maar ook auto’s, bruggen of rotorbladen van windmolens komen in aanmerking voor deze technologie aangezien ook hier composietmaterialen in gebruikt worden.

Uitdaging

Een bonus van het toevoegen van nanobuisjes aan het composietmateriaal is volgens Wardle dat het materiaal er tot wel tien keer sterker van wordt. Voorlopig is nu de grootste uitdaging zulk nanocomposiet op grote schaal te produceren, en er tegelijkertijd voor te waken dat de primaire functie van het materiaal – de stevigheid – behouden blijft.

Lees meer over toepassingen van koolstofnanobuisjes op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/koolstofnanobuis/koolstofnanobuisjes/index.atom?m=of", “max”=>"6", “detail”=>"minder"}