航空：石墨烯如何应对该行业的挑战？

面对全球变暖，航空业面临着真正的环境危机，必须在2050年实现碳中和的目标，这对整个行业来说是一个巨大的挑战。

凭借其多种特性，石墨烯满足了解决航空领域问题的所有要求：通过减轻结构重量来实现脱碳，还具有其他性能，例如由于其导电性而具有防雷作用，由于其热特性而具有除霜作用甚至凭借其防腐蚀特性来保护设备。  

重点关注航空领域脱碳的紧迫性以及石墨烯在更轻、更高效飞机上的应用。

航空脱碳：重大挑战

该飞机呈现出速度和飞行距离的独特组合。

然而，航空运输造成了全球约 3% 的 CO₂排放量和近 6% 的全球变暖。

面对减少温室气体排放的迫切需要，国际民航组织（ ICAO）190个成员国于2022年底采取措施，以期实现到2050年碳中和的目标。

为了实现这一目标，需要考虑几个点：

• 使用可持续或替代燃料：农业燃料、氢气等。
• 电力推进装置的发展
• 使用新材料减轻设备重量并减少煤油消耗

关于“绿色”飞机的实施，即使用可持续燃料的电动或功能性飞机，该解决方案尚未完全可利用。一方面是因为开发仍在进行中，另一方面是因为相关成本仍然非常高（一吨 SAF（可持续航空燃料）的价格大约是一吨煤油的五倍）。

关于电动飞机，这里的主题也还没有相关性，因为开发需要大量时间，目前，与电池相关的飞机的超重不允许在 100 年内进行中长途飞行% 电力（来源：赛峰）。

然后，仍然需要实施更快、更便宜的解决方案：用先进、更高效和轻质的材料（例如石墨烯）取代传统材料。

石墨烯支持航空业脱碳

在轻量化方面，石墨烯可以减轻飞机的整体重量，从而大幅降低燃油消耗。Elmar Bonnacursot（石墨烯旗舰航空冠军）表示：“每减少一公斤，就可以节省 2 吨煤油，或者在飞机的整个使用寿命期间避免减少 6 吨 CO₂。”

据石墨烯委员会称，石墨烯可使设备重量减轻 20-30%，而不会影响其他预期性能。此外，石墨烯已被证明可以使碳纤维增强塑料 (CFRP) 更轻、更强，同时提供更好的抗冲击性，抗冲击性提高约 60%。因此石墨烯是具有最佳质量/机械性能比的材料。

通过内部以及与多个合作伙伴和客户进行的测试，Carbon Waters 在航空领域广泛使用的聚合物上证明了这种潜力。这些结果使得我们能够通过Graph’Up Resist 和 Graph’Up Force系列提供改善复合材料热机械性能并应对减轻材料重量挑战的产品。

石墨烯为航空业带来多种优势

石墨烯在航空领域还有哪些其他优势？

除了石墨烯所允许的轻质性和机械增强性之外，它还具有其他优点，例如优异的导热性和导电性，可用于导电涂料等功能化涂料或改善传热流体的性能。石墨烯的多功能性使其成为解决航空领域各种问题的理想材料。

石墨烯作为防腐性能增强剂

此外，石墨烯是一种优异的防腐剂，可以延长涂层的使用寿命。Graph’Up Oxi系列专为此目的而设计。由于其阻隔性能，Graph’Up Oxi 添加剂可保护飞机的所有部件免受腐蚀，包括化学来源的部件（煤油、除冰剂等）。

单独使用时，它们可以在含有锌添加剂的配方中协同使用，最大限度地提高防腐性能。因此，涂层可以涂成更薄的层，进一步增加飞机的轻便性。

石墨烯作为集成除霜解决方案

通过焦耳效应，石墨烯提供了一种热电解决方案，可以防止或消除霜的出现，而不影响空气动力学特性。该领域已被多个参与者广泛研究，其中包括通过其先锋项目 (GICE)进行的石墨烯旗舰项目。该项目由空中客车公司和索纳卡公司牵头，即将完成，旨在将富含石墨烯的除冰系统提升至技术准备级别 6（TRL6）。

此类系统将可以避免在停机坪上使用乙二醇等化学除冰剂，这些化学除冰剂会导致飞机长时间固定在地面上。此外，用另一种除冰方法代替传统上使用的除冰器将避免化学物质释放到空气中，从而避免被附近的人（人员、旅行者、周围人群等）吸入。

石墨烯作为防雷保护器

目前，含有铜网的复合材料主要用于航空领域，以保护飞机免受雷击。这是一个有效的解决方案，但仍然存在一些缺点。首先，这些复合材料导致飞机总重量增加。其次，它们实施起来复杂且耗时，该过程难以自动化。

石墨烯是一种轻质材料，还具有优异的导电性，可以重新分配撞击点接收到的能量。这使其成为防雷系统的一个有趣的解决方案。通过用导电树脂（特别是石墨烯）取代复合材料中的铜网，飞机因此配备了更易于实施的防雷解决方案。

由于其多种特性，石墨烯有助于支持航空业实现碳中和的目标，同时提供该行业寻求的许多其他性能。除了本文详细介绍的应用之外，石墨烯还可以提高材料的防火性能，同时提供出色的导热性甚至 EMI屏蔽。