航空航天工业是上重要的工业之一。目前纳米技术在航空航天工业的各个层面都得到了应用。行业主要目标与纳米材料的优势可以很好地吻合，因此纳米材料已经开始取代传统的金属材料如钢。由于格外重视部件结构的耐久性和可靠性，以及整个结构上不同加载速率的复杂性，航空结构引起了广泛关注。由于具有高强度、高耐腐蚀性、低重量、低成本和易于制造等特点，纤维增强聚合物（fiber-reinforced polymers，FRP）的薄壁结构（ thin-walled structures，TWS）获得应用。
将陶瓷纳米颗粒与混杂纤维增强的聚合物基体进行多尺度杂交，以制备基于石墨烯纳米片（ graphene nanoplatelets，GNP）或碳纳米管（carbon nanotubes，CNT）的新型聚合物复合材料，可以提供广泛的好处，而这些优点尤其适用于航空航天应用和制造航空结构。各种航空结构部件如机身、飞行控制装置、起落架、稳定器和机翼，在每次飞行中都会承受各种不同的载荷：简单地说，在每次飞行中，飞机都会进行几次复杂的机动，这可能会在飞机上造成不同的载荷模式。因此，TWS必须耐用可靠，这是建造现代航空结构的基本要求。然而，为了满足这些基本要求，在飞机的设计过程中存在着许多限制，从而为航天结构加工带来了许多挑战：“这些限制使航空结构应用成为现代技术中复杂的产品之一，”论文合作者、埃及开罗现代工程技术学院助理教授Mohamed Abu Okail介绍。因此，在选择结构部件材料时，必须仔细考虑飞机的用途或预期用途（客机或战斗机）。此外，飞机法规代表了获得新飞机设计认证的条件；市场、环境和安全等财务因素影响设计过程和所用材料的选择。“对于航空结构来说，以较低的成本实现更高的性能、效率和可靠性是一个困难的要求。因此，迫切需要开发一种新型复合材料，其特点是轻量化、抗疲劳、高韧性、高耐久性和高损伤容限，以及环境友好和可回收”，Abu Okail解释道。
纳米陶瓷复合纤维增强聚合物的合成
该团队通过将由碳纤维和玻璃纤维编织而成的混杂纤维与两种不同的陶瓷纳米颗粒——氧化铝（Al?O?）和石墨烯纳米片（GNP）相结合，制造出一种增强结构材料。选择这些材料是因为它们的强度和轻质特性，当它们结合在一起时，可以生产出更先进的工程材料。
该团队成功合成了具有陶瓷纳米颗粒的混杂纤维增强聚合物，并仔细评估了纳米材料的特性。该团队使用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）以及能量色散X射线光谱（EDS）对微观结构观察结果进行了分析，并使用拉伸和硬度试验进行机械试验。
研究小组发现，在混合基体中实现了GNP和Al?O3的均匀分布，这实际上有助于生产出性能优异的薄壁结构，非常适用于航空、航天和飞机行业。除此以外，混合FRP还表现出改善的机械和微观结构性能，这有助于提高工程设计能力、航空结构部件的耐久性和可靠性以及整体工艺性能。
文章《Synthesis and Characterization of Hybrid Fiber-Reinforced Polymer by Adding Ceramic Nanoparticles for Aeronautical Structural Applications》；Polymers 2021, 13(23), 4116; https://doi.org/10.3390/polym13234116
