Volt

New carbon fibre composite changes shape using electric current

Imagine wind turbine blades that change shape to achieve the most efficiency in varying wind speeds, or airplane wings that bend and alter their own form without hydraulic rudders and ailerons. These are two potential uses for a carbon fibre material unveiled by researchers from KTH Royal Institute of Technology in Sweden.

The researchers demonstrated that a new solid-state carbon fibre composite is capable of changing form with the help of electronic impulses. They explained this research in a proof-of-concept study published recently by Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).

Co-author Daniel Zenkert said the material exhibits all the advantageous properties of shape-morphing material – without the drawbacks that have prevented other development work from taking flight, such as weight and insufficient mechanical stiffness.

According to Zenkert, state-of-the-art morphing technologies, which can be used in robotics and satellite booms, rely on systems of heavy mechanical motors, hydraulic and pneumatic pumps, or solenoids to create shape changes. These mechanically complicated systems add what is known as “parasitic weight” and are costly to maintain.

Zenkert explained that one way to reduce the mechanical complexity is to use solid-state morphing materials. “We have developed an entirely new concept,” he said. “It’s lightweight, stiffer than aluminum and the material changes shape using electric current.” The material can produce large deformations and holding them with no additional power, albeit at low rates, he says.

The composite consists of three layers – two of which are commercial carbon fibre doped with lithium-ions on each side of a thin separator. When the carbon fibre layers each have an equal distribution of ions, the material is straight. As electric current is added, the lithium ions migrate from one side to the other causing the material to bend. Reversing the current enables the material to return to a state of equilibrium and regain its previous, unbent form.

“We have for some time worked with structural batteries, such as carbon fiber composites that also store energy like a lithium-ion battery,” Zenkert said. “Now we have further developed the work. We expect it lead to completely new concepts for materials that change shape only by electrical control, materials that are also light and rigid.”

The researchers are now moving forward with other lightweight and structural materials that use less energy during use, with the aim of resource efficiency and sustainability.

 

Source: KTH Royal Institute of Technology


Leggi anche

In occasione dell’evento JEC Forum ITALY – organizzato da JEC Group in collaborazione con Assocompositi – del prossimo 6-7 giugno 2023 a Bologna, Leonardo Spa terrà un intervento all’interno della sessione “Nuovi modelli per l’innovazione e nuove tecnologie”. Disponibile ora l’abstract dello speech!…

Leggi tutto…

Nell’ottica di rendere più sostenibile l’industria aerospaziale, i compositi a sandwich possono sostituire i termoindurenti tradizionali nella creazione di parti strutturali degli aerei, senza rinunciare alla resistenza in ambienti estremi o in situazioni di carico imprevisto. EconCore sta lavorando con Airbus, Fraunhofer e il Politecnico della Danimarca (DTU) alla realizzazione di un timone sostenibile per un aeromobile in compositi a nido d’ape….

Leggi tutto…

Oggi parlare di aviazione sostenibile, vuol dire porsi l’obiettivo di ridurre il peso strutturale dei velivoli, limitando al contempo anche i consumi e le emissioni. Per raggiungere tale scopo è opportuno sostituire le parti metalliche con equivalenti in compositi, che possiedono elevati rapporti di resistenza e rigidità rispetto al peso. NLR (Netherlands Aerospace Centre) sta esplorando le potenzialità della produzione additiva su larga scala di materiali termoplastici rinforzati con fibre….

Leggi tutto…

De Havilland Dash 8, il nuovo aeromobile della Universal Hydrogen, si è alzato per la prima volta in volo a inizio marzo del 2023. Uno dei suoi motori a turbina era stato sostituito da un propulsore elettrico a combustibile a idrogeno di classe megawatt, che includeva un’elica in fibra di carbonio con profilo alare a cinque pale del diametro di 2,3 metri….

Leggi tutto…

Dopo la cancellazione del decollo dello scorso 15 febbraio, decisa per via di un’anomalia nel sistema del primo stadio e del mancato invio dei segnali d’accensione per gli SRB-3, JAXA intende effettuare un nuovo lancio entro la fine di marzo. H3 è un progetto cruciale per l’industria giapponese, si tratta del primo missile nipponico progettato in 20 anni e rappresenta un progetto radicalmente nuovo rispetto al suo predecessore di base….

Leggi tutto…