Imagem temográfica infravermelha de um compósito nanoengenharia aquecido por sondas elétricas (clipes podem ser vistos na parte inferior da imagem). A barra de escala de cores é em graus Celsius. O logotipo do MIT foi usinado no composto, e os pontos quentes e frios ao redor do logotipo são causados pelas interações termoelétricas do aquecimento resistivo e o "dano" do logotipo ao composto. O sensor termográfico aprimorado descrito no artigo funciona da mesma maneira. Imagem:Roberto Guzmán de Villoria, MIT
Nos últimos anos, muitos fabricantes de aviões começaram a construir seus aviões com materiais compostos avançados, que consistem em fibras de alta resistência, como carbono ou vidro, embutido em uma matriz de plástico ou metal. Esses materiais são mais fortes e leves do que o alumínio, mas também são mais difíceis de inspecionar em busca de danos, porque suas superfícies geralmente não revelam problemas subjacentes.
"Com alumínio, se você acertar, há um amassado ali. Com um composto, muitas vezes se você acerta, não há nenhum dano superficial, mesmo que possa haver danos internos, "diz Brian L. Wardle, professor associado de aeronáutica e astronáutica.
Wardle e seus colegas desenvolveram uma nova maneira de detectar esse dano interno, usando um dispositivo portátil simples e uma câmera sensível ao calor. Sua abordagem também requer a engenharia de materiais compostos para incluir nanotubos de carbono, que geram o calor necessário para o teste.
A abordagem deles, descrito na edição online de 22 de março da revista Nanotecnologia , poderia permitir que as companhias aéreas inspecionassem seus aviões com muito mais rapidez, Wardle diz. Este projeto faz parte de um período plurianual, Esforço financiado pela indústria aeroespacial para melhorar as propriedades mecânicas dos compostos de grau aeroespacial avançados existentes. A Força Aérea e a Marinha dos EUA também estão interessadas na tecnologia, e Wardle está trabalhando com eles para desenvolvê-lo para uso em suas aeronaves e navios.
Revelando danos
Materiais compostos avançados são comumente encontrados não apenas em aeronaves, mas também carros, pontes e pás de turbinas eólicas, Wardle diz.
Um método que os inspetores usam agora para revelar danos em materiais compostos avançados é a termografia infravermelha, que detecta a radiação infravermelha emitida quando a superfície é aquecida. Em um material composto avançado, quaisquer rachaduras ou delaminação (separação das camadas que formam o material compósito) redirecionarão o fluxo de calor. Esse padrão de fluxo anormal pode ser visto com uma câmera sensível ao calor (termográfica).
Isso é eficaz, mas complicado porque exige que grandes aquecedores sejam colocados próximo à superfície, Wardle diz. Com sua nova abordagem, nanotubos de carbono são incorporados ao material composto. Quando uma pequena corrente elétrica é aplicada à superfície, os nanotubos aquecem, o que elimina a necessidade de qualquer fonte externa de calor. O inspetor pode ver o dano com uma câmera termográfica ou óculos de proteção.
"É uma maneira muito inteligente de utilizar as propriedades dos nanotubos de carbono para fornecer essa energia térmica, de dentro para fora, "diz Douglas Adams, professor associado de engenharia mecânica na Purdue University. Adams, que não estava envolvido na pesquisa, observa que dois desafios fundamentais permanecem:desenvolver uma maneira prática de fabricar grandes quantidades do novo material, e garantir que a adição de nanotubos não prejudique a função primária do material de suportar cargas pesadas.
Os novos materiais híbridos de nanotubos de carbono que Wardle está desenvolvendo têm mostrado melhores propriedades mecânicas, até agora, como força e resistência, do que os compostos avançados existentes.
