Згодна з апошнім дакладам, наступнае пакаленне кампазітных матэрыялаў можа кантраляваць свой уласны структурны стан здароўя і стаць распаўсюджаным.
Вугляродныя кампазіты лёгкія і трывалыя, і з'яўляюцца важнымі канструкцыйнымі матэрыяламі для аўтамабіляў, самалётаў і іншых транспартных сродкаў. Яны складаюцца з палімерных падкладак, такіх як эпаксідныя смалы, у якія ўбудаваны ўзмоцненыя вугляродныя валокны. З-за розных механічных уласцівасцей гэтых двух матэрыялаў валокны будуць адвальвацца ад падкладкі пры празмерным напружанні або стомленасці. Гэта азначае, што пашкоджанне структуры вугляроднага кампазіта можа быць схавана пад паверхняй і не можа быць выяўлена няўзброеным вокам, што можа прывесці да катастрафічнага разбурэння.
«Разумеючы ўнутраную структуру кампазітных матэрыялаў, можна лепш ацаніць іх стан і даведацца, ці ёсць якія-небудзь пашкоджанні, якія патрабуюць рамонту», — кажа Рыдж Крыс Боўленд, даследчык у…
Оўк-Рыджская нацыянальная лабараторыя пры Міністэрстве энергетыкі ЗША (Оўкская нацыянальная лабараторыя) Вігнера. Нядаўна Аміт Наскар, кіраўнік групы па вугляродных і кампазітных матэрыялах у Боўленде і ORNL, вынайшаў метад пракаткі паласы для абкручвання праводзячых вугляродных валокнаў на паўправадніковых наначасціцах карбіду крэмнію. Нанаматэрыялы ўбудаваны ў кампазітныя матэрыялы, якія мацнейшыя за іншыя кампазіты, узмоцненыя валакном, і маюць новую здольнасць кантраляваць стан сваіх уласных структур. Калі ў палімер убудавана дастатковая колькасць пакрытых валокнаў, валокны ўтвараюць электрасетку, і аб'ёмныя кампазіты праводзяць электрычнасць. Паўправадніковыя наначасціцы могуць разбурыць гэтую электраправоднасць пад дзеяннем знешніх сіл, дадаючы механічныя і электрычныя функцыі кампазітам. Калі кампазіты расцягваюцца, злучэнне пакрытых валокнаў будзе разбурана, і супраціўленне ў матэрыяле зменіцца. Калі турбулентнасць шторму прывядзе да згінання кампазітнага крыла, электрычны сігнал можа папярэдзіць кампазітны ... прадукты, у тым ліку нават надрукаваныя на 3D-прынтары аўтамабілі і будынкі. Каб зрабіць валокны, убудаваныя ў наначасціцы, даследчыкі ўсталявалі на ролікі высокапрадукцыйныя шпулькі з вугляроднага валакна, а ролікі прамакалі валокны эпаксіднымі смоламі, якія ўтрымліваюць даступныя на рынку наначасціцы, шырыня якіх прыкладна роўная шырыні віруса (45-65 нм).
Затым валокны сушаць у духоўцы для замацавання пакрыцця. Каб праверыць трываласць валокнаў, убудаваных у наначасціцы, прылепленыя да палімернай падкладкі, даследчыкі вырабілі кампазітныя бэлькі, узмоцненыя валакном, якія былі размешчаны ў адным кірунку. Боўленд правёў стрэс-тэст, падчас якога канцы кансолі былі зафіксаваны, у той час як машына, якая ацэньвала механічныя ўласцівасці, прыкладала цягу ў сярэдзіне бэлькі, пакуль бэлька не разбурылася. Каб вывучыць здольнасць кампазітнага матэрыялу да адчувальнасці, ён усталяваў электроды па абодва бакі кансольнай бэлькі. У машыне, вядомай як «Дынамічны механічны аналізатар», ён зарэзаў адзін канец, каб утрымліваць кансоль нерухомай. Машына прыкладае сілу на другім канцы, каб згінаць падвесную бэльку, у той час як Боўленд кантралюе змяненне супраціву. ORNL, постдактарант Нгок Нгуен, правёў дадатковыя выпрабаванні ў інфрачырвоным спектрометры з пераўтварэннем Фур'е, каб вывучыць хімічныя сувязі ў кампазітах і палепшыць разуменне назіранай павышанай механічнай трываласці. Даследчыкі таксама праверылі здольнасць кампазітаў, вырабленых з рознай колькасці наначасціц (вымяранай па здольнасці гасіць вібрацыі), рассейваць энергію, што спрыяе рэакцыі канструкцыйных матэрыялаў на ўдары, вібрацыі і іншыя крыніцы напружання і дэфармацыі. Пры кожнай канцэнтрацыі наначасціцы могуць павялічыць рассейванне энергіі (ад 65% да 257% у рознай ступені). Боўленд і Наскар падалі заяўку на патэнт на працэс вырабу самаадчувальных вугляродных валакністных кампазітаў.
«Прасякнутыя пакрыцці забяспечваюць новы спосаб выкарыстання новых нанаматэрыялаў, якія распрацоўваюцца», — сказаў Боўленд. Даследаванне было падтрымана даследчымі і распрацоўчымі праектамі пад кіраўніцтвам лабараторыі ORNL і апублікавана ў часопісе ACS Applied Materials and Interfaces (Прыкладныя матэрыялы і інтэрфейсы) Амерыканскага хімічнага таварыства.
Час публікацыі: 07 снежня 2018 г.