Volgens die jongste verslag kan die volgende generasie saamgestelde materiale hul eie strukturele gesondheidstatus monitor en algemeen word.
Koolstofvesel-komposiete is lig en stewig en is belangrike strukturele materiale vir motors, vliegtuie en ander vervoermiddels. Hulle bestaan uit polimeersubstrate, soos epoksieharse, wat met versterkte koolstofvesels ingebed is. As gevolg van die verskillende meganiese eienskappe van die twee materiale, sal die vesels van die substraat afval onder oormatige spanning of moegheid. Dit beteken dat skade aan die koolstofvesel-komposietstruktuur steeds onder die oppervlak versteek kan wees en nie met die blote oog opgespoor kan word nie, wat tot katastrofiese mislukking kan lei.
"Deur die binnekant van die komposiete te verstaan, kan jy hul gesondheid beter beoordeel en weet of daar enige skade is wat herstel moet word," het Ridge Chris Bowland, 'n navorser by die
Oak Ridge Nasionale Laboratorium by die Amerikaanse Departement van Energie (Oak Nasionale Laboratorium) Wigner. "Onlangs het Amit Naskar, hoof van die koolstof- en komposietspan by Bowland en ORNL, 'n rolstrookmetode uitgevind om geleidende koolstofvesels op halfgeleier-silikonkarbied-nanopartikels te draai. Die nanomateriale is ingebed in saamgestelde materiale wat sterker is as ander veselversterkte komposiete en het 'n nuwe vermoë om die gesondheid van hul eie strukture te monitor. Wanneer genoeg bedekte vesels in die polimeer ingebed is, vorm die vesels 'n kragnetwerk, en die grootmaat-komposiete gelei elektrisiteit. Halfgeleier-nanopartikels kan hierdie elektriese geleidingsvermoë vernietig onder die werking van eksterne kragte, wat meganiese en elektriese funksies by die komposiete voeg. As die komposiete gerek word, sal die konnektiwiteit van die bedekte vesels vernietig word en die weerstand in die materiaal sal verander. As die stormturbulensie veroorsaak dat die saamgestelde vlerk buig, kan 'n elektriese sein die vliegtuig se rekenaar waarsku om aan te dui dat die vlerk onder te veel druk is en 'n toets voorstel. Die rolstrookdemonstrasie van ORNL bewys in beginsel dat die metode die volgende generasie saamgestelde bedekte vesels op groot skaal kan produseer. Selfwaarnemende komposiete, moontlik gemaak van hernubare polimeersubstrate en laekoste koolstofvesels kan hul plek vind in alomteenwoordige produkte, insluitend selfs 3D-gedrukte motors en geboue. Om vesels in nanopartikels ingebed te maak, het die navorsers hoëprestasie-koolstofveselspoele op die rollers geïnstalleer, en die rollers het die vesels in epoksieharse geweek, wat beskikbare nanopartikels op die mark bevat, waarvan die breedte omtrent die breedte van die virus is (45-65 nm).
Die vesels word dan in die oond gedroog om die laag vas te maak. Om die sterkte van die vesels wat in nanopartikels ingebed is wat aan die polimeersubstraat vasgeplak is, te toets, het die navorsers veselversterkte saamgestelde balke gemaak, wat in een rigting gerangskik is. Bowland het 'n spanningstoets uitgevoer waarin die punte van die vrydraende balk vasgemaak is, terwyl die masjien wat die meganiese eienskappe evalueer, stootkrag in die middel van die balk toegepas het totdat die balk gefaal het. Om die waarnemingsvermoë van die saamgestelde materiaal te bestudeer, het hy elektrodes aan beide kante van die vrydraende balk geïnstalleer. In 'n masjien bekend as 'n "Dinamiese meganiese ontleder", het hy die een punt geknip om die vrydraende balk stil te hou. Die masjien oefen krag aan die ander punt uit om die ophangbalk te buig terwyl Bowland die verandering in weerstand monitor. ORNL, 'n postdoktorale navorser Ngoc Nguyen, het bykomende toetse in die Fourier Transform Infrarooi-spektrometer uitgevoer om chemiese bindings in komposiete te bestudeer en die begrip van die verhoogde meganiese sterkte wat waargeneem word, te verbeter. Die navorsers het ook die vermoë van die dissipatiewe energie van komposiete gemaak van verskillende hoeveelhede nanopartikels (gemeet deur vibrasiedempende gedrag) getoets, wat die reaksie van strukturele materiale op skokke, vibrasies en ander spannings- en spanningsbronne sou vergemaklik. By elke konsentrasie kan nanopartikels energieverspreiding verbeter (van 65% tot 257% tot verskillende grade). Bowland en Naskar het aansoek gedoen vir 'n prosespatent vir die vervaardiging van selfwaarnemende koolstofveselkomposiete.
"Geïmpregneerde bedekkings bied 'n nuwe manier om voordeel te trek uit nuwe nanomateriale wat ontwikkel word," het Bowland gesê. Die studie is ondersteun deur navorsings- en ontwikkelingsprojekte onder leiding van die ORNL-laboratorium, gepubliseer in die tydskrif ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) van die American Chemical Society.
Plasingstyd: 7 Desember 2018