面對全球變暖，航空業(yè)面臨著真正的環(huán)境危機(jī)，必須在2050年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，這對整個行業(yè)來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。
憑借其多種特性，石墨烯滿足了解決航空領(lǐng)域問題的所有要求：通過減輕結(jié)構(gòu)重量來實現(xiàn)脫碳，還具有其他性能，例如由于其導(dǎo)電性而具有防雷作用，由于其熱特性而具有除霜作用甚至憑借其防腐蝕特性來保護(hù)設(shè)備。
重點關(guān)注航空領(lǐng)域脫碳的緊迫性以及石墨烯在更輕、更高效飛機(jī)上的應(yīng)用。
航空脫碳：重大挑戰(zhàn)
該飛機(jī)呈現(xiàn)出速度和飛行距離的獨特組合。
然而，航空運輸造成了全球約 3% 的 CO2排放量和近 6% 的全球變暖。
面對減少溫室氣體排放的迫切需要，國際民航組織（?ICAO）190個成員國于2022年底采取措施，以期實現(xiàn)到2050年碳中和的目標(biāo)。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要考慮幾個點：
- 使用可持續(xù)或替代燃料：農(nóng)業(yè)燃料、氫氣等。
- 電力推進(jìn)裝置的發(fā)展
- 使用新材料減輕設(shè)備重量并減少煤油消耗
關(guān)于“綠色”飛機(jī)的實施，即使用可持續(xù)燃料的電動或功能性飛機(jī)，該解決方案尚未完全可利用。一方面是因為開發(fā)仍在進(jìn)行中，另一方面是因為相關(guān)成本仍然非常高（一噸 SAF（可持續(xù)航空燃料）的價格大約是一噸煤油的五倍）。
關(guān)于電動飛機(jī)，這里的主題也還沒有相關(guān)性，因為開發(fā)需要大量時間，目前，與電池相關(guān)的飛機(jī)的超重不允許在 100 年內(nèi)進(jìn)行中長途飛行% 電力（來源：賽峰）。
然后，仍然需要實施更快、更便宜的解決方案：用先進(jìn)、更高效和輕質(zhì)的材料（例如石墨烯）取代傳統(tǒng)材料。
石墨烯支持航空業(yè)脫碳
在輕量化方面，石墨烯可以減輕飛機(jī)的整體重量，從而大幅降低燃油消耗。Elmar Bonnacursot（石墨烯旗艦航空冠軍）表示：“每減少一公斤，就可以節(jié)省 2 噸煤油，或者在飛機(jī)的整個使用壽命期間避免減少 6 噸 CO2?！?/p>
據(jù)石墨烯委員會稱，石墨烯可使設(shè)備重量減輕 20-30%，而不會影響其他預(yù)期性能。此外，石墨烯已被證明可以使碳纖維增強(qiáng)塑料 (CFRP) 更輕、更強(qiáng)，同時提供更好的抗沖擊性，抗沖擊性提高約 60%。因此石墨烯是具有最佳質(zhì)量/機(jī)械性能比的材料。
通過內(nèi)部以及與多個合作伙伴和客戶進(jìn)行的測試，Carbon Waters 在航空領(lǐng)域廣泛使用的聚合物上證明了這種潛力。這些結(jié)果使得我們能夠通過Graph’Up Resist 和 Graph’Up Force系列提供改善復(fù)合材料熱機(jī)械性能并應(yīng)對減輕材料重量挑戰(zhàn)的產(chǎn)品。
石墨烯為航空業(yè)帶來多種優(yōu)勢
石墨烯在航空領(lǐng)域還有哪些其他優(yōu)勢？
除了石墨烯所允許的輕質(zhì)性和機(jī)械增強(qiáng)性之外，它還具有其他優(yōu)點，例如優(yōu)異的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，可用于導(dǎo)電涂料等功能化涂料或改善傳熱流體的性能。石墨烯的多功能性使其成為解決航空領(lǐng)域各種問題的理想材料。
石墨烯作為防腐性能增強(qiáng)劑
此外，石墨烯是一種優(yōu)異的防腐劑，可以延長涂層的使用壽命。Graph’Up Oxi系列專為此目的而設(shè)計。由于其阻隔性能，Graph’Up Oxi 添加劑可保護(hù)飛機(jī)的所有部件免受腐蝕，包括化學(xué)來源的部件（煤油、除冰劑等）。
單獨使用時，它們可以在含有鋅添加劑的配方中協(xié)同使用，最大限度地提高防腐性能。因此，涂層可以涂成更薄的層，進(jìn)一步增加飛機(jī)的輕便性。
石墨烯作為集成除霜解決方案
通過焦耳效應(yīng)，石墨烯提供了一種熱電解決方案，可以防止或消除霜的出現(xiàn)，而不影響空氣動力學(xué)特性。該領(lǐng)域已被多個參與者廣泛研究，其中包括通過其先鋒項目 (GICE)進(jìn)行的石墨烯旗艦項目。該項目由空中客車公司和索納卡公司牽頭，即將完成，旨在將富含石墨烯的除冰系統(tǒng)提升至技術(shù)準(zhǔn)備級別 6（TRL6）。
此類系統(tǒng)將可以避免在停機(jī)坪上使用乙二醇等化學(xué)除冰劑，這些化學(xué)除冰劑會導(dǎo)致飛機(jī)長時間固定在地面上。此外，用另一種除冰方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)上使用的除冰器將避免化學(xué)物質(zhì)釋放到空氣中，從而避免被附近的人（人員、旅行者、周圍人群等）吸入。
石墨烯作為防雷保護(hù)器
目前，含有銅網(wǎng)的復(fù)合材料主要用于航空領(lǐng)域，以保護(hù)飛機(jī)免受雷擊。這是一個有效的解決方案，但仍然存在一些缺點。首先，這些復(fù)合材料導(dǎo)致飛機(jī)總重量增加。其次，它們實施起來復(fù)雜且耗時，該過程難以自動化。
石墨烯是一種輕質(zhì)材料，還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，可以重新分配撞擊點接收到的能量。這使其成為防雷系統(tǒng)的一個有趣的解決方案。通過用導(dǎo)電樹脂（特別是石墨烯）取代復(fù)合材料中的銅網(wǎng)，飛機(jī)因此配備了更易于實施的防雷解決方案。
由于其多種特性，石墨烯有助于支持航空業(yè)實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，同時提供該行業(yè)尋求的許多其他性能。除了本文詳細(xì)介紹的應(yīng)用之外，石墨烯還可以提高材料的防火性能，同時提供出色的導(dǎo)熱性甚至 EMI屏蔽。