Sicondu l'ultimu rapportu, a prossima generazione di materiali cumposti pò monitorà u so propiu statu di salute strutturale, è diventà cumuna.
I cumposti di fibra di carbone sò leggeri è robusti è sò materiali strutturali impurtanti per l'automobile, l'aerei è altri mezi di trasportu. Sò custituiti da sustrati polimerichi, cum'è e resine epossidiche, chì sò incrustate cù fibre di carbone rinforzate. A causa di e diverse proprietà meccaniche di i dui materiali, e fibre casceranu da u sustratu sottu à stress o fatica eccessiva. Questu significa chì i danni à a struttura cumposta di fibra di carbone ponu esse sempre piattati sottu à a superficia è ùn ponu esse rilevati à ochju nudu, ciò chì pò purtà à un guastu catastroficu.
"Capendu l'internu di i cumposti, pudete ghjudicà megliu a so salute è sapè s'ellu ci hè qualchì dannu chì deve esse riparatu", Ridge Chris Bowland, un ricercatore à u
Laboratoriu Naziunale Oak Ridge à u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti (Laboratoriu Naziunale Oak) Wigner. "Recentemente, Amit Naskar, capu di a squadra di carbone è cumposti in Bowland è ORNL, hà inventatu un metudu di striscia di laminazione per avvolge fibre di carbone conduttive nantu à nanoparticelle di carburo di siliciu semiconduttore. I nanomateriali sò incrustati in materiali cumposti chì sò più forti di altri cumposti rinforzati cù fibre è anu una nova capacità di monitorà a salute di e so strutture. Quandu abbastanza fibre rivestite sò incrustate in u polimeru, e fibre formanu una rete elettrica, è i cumposti in massa conducenu l'elettricità. E nanoparticelle semiconduttori ponu distrughje sta cunduttività elettrica sottu l'azione di forze esterne, aghjunghjendu funzioni meccaniche è elettriche à i cumposti. Se i cumposti sò stirati, a connettività di e fibre rivestite serà distrutta è a resistenza in u materiale cambierà. Se a turbulenza di a timpesta face chì l'ala cumposta si pieghi, un signale elettricu pò avvisà l'urdinatore di l'aereo per indicà chì l'ala hè sottu à troppu pressione è suggerisce una prova. A dimostrazione di a striscia di laminazione di ORNL prova in principiu chì u metudu pò pruduce a prossima generazione di fibre rivestite cumposte à grande scala. Cumposti autosensibili, forse fatti da substrati polimerici rinnuvevuli è carbone à bassu costu." fibre, ponu truvà u so postu in prudutti omnipresenti, cumprese ancu vitture è edifici stampati in 3D. Per fà fibre incrustate in nanoparticule, i circadori anu installatu bobine di fibra di carbone d'altu rendimentu nantu à i rulli, è i rulli anu imbevutu e fibre in resine epossidiche, chì cuntenenu nanoparticule dispunibili nantu à u mercatu, a larghezza di e quali hè circa a larghezza di u virus (45-65 nm).
E fibre sò poi secche in u fornu per fissà u rivestimentu. Per pruvà a resistenza di e fibre incrustate in nanoparticelle incollate à u sustratu polimericu, i circadori anu fattu travi cumposte rinforzate cù fibre, chì sò state disposte in una direzzione. Bowland hà realizatu una prova di stress in a quale l'estremità di u cantilever sò state fisse, mentre a macchina chì valutava e proprietà meccaniche applicava una spinta in u mezu di a trave finu à chì a trave si rompe. Per studià a capacità di rilevamentu di u materiale cumpostu, hà installatu elettrodi da i dui lati di a trave à cantilever. In una macchina cunnisciuta cum'è "analizzatore meccanicu dinamicu", hà tagliatu una estremità per mantene u cantilever fermu. A macchina esercita una forza à l'altra estremità per piegà a trave di sospensione mentre Bowland monitorizza u cambiamentu di resistenza. ORNL, un ricercatore postdottoratu Ngoc Nguyen, hà realizatu testi supplementari in u spettrometru infrarossu à trasformata di Fourier per studià i ligami chimichi in i cumposti è migliurà a comprensione di a resistenza meccanica aumentata osservata. I circadori anu ancu testatu a capacità di l'energia dissipativa di i cumposti fatti di diverse quantità di nanoparticule (misurata da u cumpurtamentu di smorzamentu di e vibrazioni), chì faciliterebbe a risposta di i materiali strutturali à i scossa, e vibrazioni è altre fonti di stress è di tensione. À ogni cuncentrazione, e nanoparticule ponu migliurà a dissipazione di l'energia (da 65% à 257% à diversi gradi). Bowland è Naskar anu dumandatu un brevettu di prucessu per a fabricazione di cumposti di fibra di carbone autosensibili.
"I rivestimenti impregnati furniscenu un novu modu per prufittà di i novi nanumateriali chì sò in sviluppu", hà dettu Bowland. U studiu hè statu sustinutu da prughjetti di ricerca è sviluppu diretti da u Laboratoriu ORNL, publicati in a rivista ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) di l'American Chemical Society.
Data di publicazione: 07 dicembre 2018