航空航天复合材料：推动航空工程发展

新型和改良材料正在彻底改变航空航天工程领域。在本文中，我们将探讨一些能够让我们抵达火星甚至更远的新型复合材料。

航空航天复合材料：碳纤维、纳米管和石墨烯

碳纤维最早在19世纪被制造出来，用于灯泡灯丝，其原料包括竹子和棉花。直到20世纪中期，研究人员才开始探索将这种材料作为潜在的结构元素。

如今，大多数碳纤维由聚丙烯腈制成。这些细小的单根纤维通过塑料粘合剂结合在一起，形成一种极其坚固且重量轻的材料。碳纤维材料带来的减重优势意味着火箭进入太空时燃料消耗的减少、飞机飞行时的燃料节约，甚至是您下一次骑自行车时的轻松体验。

我们可以将其他航空航天复合材料、碳纳米管、石墨烯和巴基球视为碳材料技术的下一次进化。这些材料中的每一种都仅由与其三个原子邻居结合的碳原子组成。

用于航空航天和国防的气凝胶

塞缪尔·斯蒂芬斯·基斯特勒（Samuel Stephens Kistler）于1931年通过从果冻中移除液体创造了气凝胶。所得到的固体物质主要由空气组成。现代气凝胶通常由硅制成，通过移除液体分子形成一种极其多孔的物质，其体积中超过99%可以是空气。

由于其被构建为“静止”空气，气凝胶是一种极佳的绝热材料。得益于气凝胶的高孔隙率以及限制分子运动从而限制热能传递的克努森效应，其导热率甚至可以低于其所含气体。这种孔隙率也使得气凝胶具有亲水性，能够吸收大量水分。不过，通过添加剂可以使其具有防水性能。

这些特性使气凝胶成为一种出色的材料，具有广泛的潜在应用，包括被美国宇航局（NASA）使用。在其原始形式下，它可能相当脆弱，并无疑属于较为奇特的材料类别，但它也被用于一些更贴近地球的应用场景中，比如需要在极小体积内实现极致隔热的地方。

金属3D打印、先进热处理、航空航天复合材料及其他

纵观历史，金属加工技术的进步一直推动着社会向前发展。虽然金属本身并不是一种新材料，但能够进行金属的3D打印，使我们能够制造以前无法实现的形状。想想看，3D打印在火箭的制造中被广泛使用。

作为3D打印的辅助技术，加热和冷却金属以提升其性能的方式无疑将在航天和航空工程中继续被使用。我们可以预见到，用金属、硅和碳制成的一系列新型航空航天零部件将推动我们迈向未来。