STTR Phase I: Self-Assembled Conductive Polymer Nanostructures as Coating Additives for Carbon Fiber Reinforced Composite Aircraft

STTR 第一阶段:自组装导电聚合物纳米结构作为碳纤维增强复合材料飞机的涂层添加剂

基本信息

  • 批准号:
    1346483
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-01-01 至 2014-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Technology Transfer Phase I project aims to demonstrate the feasibility of new nanostructured conductive additives for use in antistatic aerospace high-performance coatings. Static charge buildup from the environment is a critical problem for vehicles which utilize lightweight components constructed from non-conductive plastic or composite materials. Static charge buildup interferes with electronic components, such as distributed sensors, so that mitigation of this effect is essential for safe vehicle operation. This project will characterize and correlate the structure and properties of new conductive polymer nanostructures that are synthesized from inexpensive raw materials and dispersed in organic solvents for direct incorporation into commercial paint formulations. These new additives are based on the synthesis of self-assembling nanostructures from conductive polymers and structure-directing agents. When successfully incorporated in commercial paints and primers, the host's conductive properties are enhanced without compromising adhesion and durability. In this project, the research team will develop technical plans for the scalable and economic synthesis of polymer additives, control and optimize the nanostructure of the additives to maximize conductivity at low concentrations, enhance the electrical conductivity through chemical doping, and demonstrate successful incorporation in commercial coatings while preserving performance specifications. The broader impact/commercial potential of this project relates to enabling the increased adoption of lightweight carbon reinforced composites and plastic structural materials in the aerospace industry. The design of lightweight vehicles using these components, which requires high-performing antistatic coatings, will lead to large reductions in fuel consumption and carbon emissions in transportation. In 2011, emissions from transportation accounted for 28% of U.S. greenhouse gas emissions. Modern aircraft designs, utilizing composite materials, show more than 20% reduction in fuel consumption compared to traditional vehicles. Imminent increases in fuel efficiency standards in automobiles will also drive manufacturers to adopt the use of composite materials. The development of robust antistatic coatings is essential to enabling these new lightweight material technologies. Coatings containing polymer nanostructures will provide improved charge dissipation, reduced weight, improved durability, and will cost less than competing materials. Success in aerospace applications will could also enable the adoption of these technologies in other sectors (e.g. automobile), expanding the economic and ecological benefits and providing follow-on commercial opportunities.
这个小企业技术转让第一阶段项目旨在证明新型纳米结构导电添加剂用于抗静电航空航天高性能涂料的可行性。对于使用由非导电塑料或复合材料构造的轻质部件的车辆来说,来自环境的静电荷积聚是一个关键问题。静电荷积聚会干扰电子元件,例如分布式传感器,因此减轻这种影响对于车辆安全运行至关重要。该项目将表征和关联新型导电聚合物纳米结构的结构和性能,这些纳米结构是由廉价的原材料合成的,并分散在有机溶剂中,可直接掺入商业涂料配方中。这些新的添加剂是基于从导电聚合物和结构导向剂的自组装纳米结构的合成。当成功地加入到商业油漆和底漆中时,主体的导电性能得到增强,而不会影响附着力和耐久性。在该项目中,研究团队将制定可扩展且经济的聚合物添加剂合成技术计划,控制和优化添加剂的纳米结构,以最大限度地提高低浓度下的电导率,通过化学掺杂增强电导率,并展示成功掺入商业涂料中,同时保持性能规格。该项目更广泛的影响/商业潜力涉及在航空航天工业中增加采用轻质碳增强复合材料和塑料结构材料。使用这些部件的轻型车辆的设计需要高性能的抗静电涂层,这将导致运输中燃料消耗和碳排放的大幅减少。 2011年,交通运输的排放占美国温室气体排放的28%。现代飞机设计采用复合材料,与传统车辆相比,油耗减少20%以上。汽车燃油效率标准的提高也将推动制造商采用复合材料。开发坚固的抗静电涂层对于实现这些新的轻质材料技术至关重要。含有聚合物纳米结构的涂层将提供改进的电荷耗散、减轻的重量、改进的耐久性,并且将比竞争材料成本更低。航空航天应用的成功还将使这些技术能够在其他部门(如汽车)中采用,扩大经济和生态效益,并提供后续商业机会。

项目成果

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