En basit tabirle nano grafit, grafitin nano boyutlara (metrenin milyarda biri) indirgenmiş halidir. Kurşun kaleminizdeki malzemeyle aynı kimyasal yapıya sahiptir, ancak nano boyuta indiğinde yüzey alanı muazzam derecede artar ve özellikleri değişir.
Nano grafit plakalar, kompozit malzemelerin reçine matrisi (örneğin epoksi) içine karıştırıldığında, yalıtkan olan plastik yapının içinde mikroskobik "iletken yollar" veya "otobanlar" oluşturur. Bu sayede malzeme, metal kadar ağır olmadan elektriği iletebilir hale gelir.
İşte bu iletkenlik özelliğinin İHA'lardaki kritik kullanım alanları:
Modern İHA'lar; hassas sensörler, GPS modülleri, kameralar ve iletişim ekipmanlarıyla dolu uçan bilgisayarlardır. Bu cihazlar hem dışarıdan gelen radyo sinyallerinden etkilenir hem de kendi aralarında "gürültü" (parazit) yaratırlar.
Sorun: Geleneksel kompozit gövde, radyo dalgalarına karşı şeffaftır, yani onları durduramaz. Bu durum, sinyal karışıklığına ve hatta İHA'nın kontrolünün kaybına yol açabilir.
Nano Grafit Çözümü: İHA'nın aviyonik bölmesinin (elektroniklerin bulunduğu kısım) iç yüzeyi nano grafit katkılı bir kaplama ile kaplandığında veya gövde kompozitine nano grafit eklendiğinde bir "Faraday Kafesi" etkisi yaratılır.
Detaylı Örnek: Bir gözetleme İHA'sının hassas radar sistemini düşünelim. Dışarıdan gelen güçlü bir sinyal radarın körleşmesine neden olabilir. Nano grafit parçacıkları, gelen elektromanyetik dalgayı emer veya yansıtır. Yalıtkan reçine içinde birbirine temas eden nano grafitler kesintisiz bir iletken ağ oluşturarak istenmeyen sinyallerin hassas elektroniklere ulaşmasını engeller. Bu, eski tip ağır metal folyolar kullanmadan yapılan hafif ve etkili bir korumadır.
İHA'lar her türlü hava koşulunda görev yapmak zorundadır ve bu da onları yıldırım riskine açık hale getirir.
Sorun: Bir uçağa yıldırım çarptığında muazzam bir elektrik akımı ve ısı açığa çıkar. Metal uçaklarda bu akım dış yüzeyden akar gider. Ancak iletken olmayan kompozit bir İHA kanadına yıldırım çarptığında, akım ilerleyecek yol bulamaz ve malzemeyi patlatarak, delerek veya yakarak yapısal hasara yol açar.
Nano Grafit Çözümü: İHA'nın dış yüzey katmanına (genellikle boyanın hemen altına veya içine) yüksek yoğunlukta nano grafit entegre edilir.
Detaylı Örnek: Kanat ucuna yıldırım isabet eden bir SİHA (Silahlı İHA) düşünelim. Eğer kanat yüzeyi nano grafit ile iletken hale getirilmişse, yıldırımın enerjisi tek bir noktada yoğunlaşmaz. Akım, nano grafitin oluşturduğu iletken ağ üzerinden uçağın yüzeyine hızla yayılır ve kanat uçlarındaki statik deşarj püsküllerinden veya diğer çıkış noktalarından atmosfere geri verilir. Nano grafit, yıldırımı "karşılayan ve yol gösteren" bir rehber görevi görerek kompozit yapının parçalanmasını önler.
Yüksek irtiflarda veya soğuk iklimlerde kanat hücum kenarlarında buz birikmesi, aerodinamiği bozarak İHA'nın düşmesine neden olabilir.
Sorun: Geleneksel buz çözme sistemleri (sıcak hava üfleme veya mekanik sistemler) ağırdır ve çok enerji tüketir.
Nano Grafit Çözümü: Grafit sadece elektriği değil, ısıyı da iletir. Daha da önemlisi, nano grafit katkılı bir katmandan elektrik akımı geçirildiğinde, direnç nedeniyle ısı açığa çıkar (Joule ısınması).
Detaylı Örnek: İHA'nın kanat ve kuyruk hücum kenarlarına, nano grafit içeren ince bir ısıtıcı film katmanı entegre edilir. Sensörler buzlanma koşullarını algıladığında, İHA'nın bataryasından bu katmana düşük bir voltaj uygulanır. Nano grafit ağ, bu elektriği hızla ısı enerjisine dönüştürür. Yüzey sıcaklığı birkaç saniye içinde donma noktasının üzerine çıkarak buzun yapışmasını engeller veya var olan buzu eritir. Bu sistem, metal rezistans telleri kullanmaktan çok daha hafiftir ve ısıyı yüzeye daha homojen yayar.
Nano grafitin İHA'lara kazandırdığı iletkenlik, sadece koruma ve ısıtma ile sınırlı değildir. Gelecekte, gövdenin tamamının devasa bir sensör ağına dönüştüğü "akıllı yapılar" göreceğiz. Nano grafitin iletkenlik seviyesindeki anlık değişimler izlenerek, gövdede oluşan mikro çatlaklar veya yapısal yorgunluklar uçuş sırasında anlık olarak tespit edilebilecektir.
Nano grafit, İHA üreticilerine, kompozit malzemelerin hafifliğinden ödün vermeden metal benzeri iletkenlik özellikleri kazandırma imkanı sunmaktadır. EMI kalkanlama, yıldırım koruması ve buz çözme gibi kritik alanlarda sağladığı bu avantajlar, nano grafiti geleceğin havacılık malzemeleri arasında vazgeçilmez bir konuma taşımaktadır. İHA'lar daha yetenekli hale geldikçe, nanoteknolojinin göklerdeki rolü de artmaya devam edecektir.
