Yn ôl yr adroddiad diweddaraf, gall y genhedlaeth nesaf o ddeunyddiau cyfansawdd fonitro eu statws iechyd strwythurol eu hunain, a dod yn gyffredin.
Mae cyfansoddion ffibr carbon yn ysgafn ac yn gadarn ac yn ddeunyddiau strwythurol pwysig ar gyfer ceir, awyrennau a dulliau trafnidiaeth eraill. Maent yn cynnwys swbstradau polymer, fel resinau epocsi, sydd wedi'u hymgorffori â ffibrau carbon wedi'u hatgyfnerthu. Oherwydd priodweddau mecanyddol gwahanol y ddau ddeunydd, bydd y ffibrau'n cwympo oddi ar y swbstrad o dan straen neu flinder gormodol. Mae hyn yn golygu y gall difrod i strwythur cyfansawdd ffibr carbon fod wedi'i guddio o dan yr wyneb o hyd ac na ellir ei ganfod â'r llygad noeth, a all arwain at fethiant trychinebus.
"Drwy ddeall tu mewn y cyfansoddion, gallwch chi farnu eu hiechyd yn well a gwybod a oes unrhyw ddifrod y mae angen ei atgyweirio," meddai Ridge Chris Bowland, ymchwilydd yn y
Labordy Cenedlaethol Oak Ridge yn Adran Ynni'r Unol Daleithiau (Labordy Cenedlaethol Oak) Wigner. "Yn ddiweddar, dyfeisiodd Amit Naskar, pennaeth y tîm carbon a chyfansoddion yn Bowland ac ORNL, ddull stribed rholio i lapio ffibrau carbon dargludol ar nanoronynnau silicon carbid lled-ddargludyddion. Mae'r nanoddeunyddiau wedi'u hymgorffori mewn deunyddiau cyfansawdd sy'n gryfach na chyfansoddion eraill wedi'u hatgyfnerthu â ffibr ac sydd â gallu newydd i fonitro iechyd eu strwythurau eu hunain. Pan fydd digon o ffibrau wedi'u gorchuddio wedi'u hymgorffori yn y polymer, mae'r ffibrau'n ffurfio grid pŵer, ac mae'r cyfansoddion swmp yn dargludo trydan. Gall nanoronynnau lled-ddargludyddion ddinistrio'r dargludedd trydanol hwn o dan weithred grymoedd allanol, gan ychwanegu swyddogaethau mecanyddol a thrydanol at y cyfansoddion. Os caiff y cyfansoddion eu hymestyn, bydd cysylltedd y ffibrau wedi'u gorchuddio yn cael ei ddinistrio a bydd y gwrthiant yn y deunydd yn newid. Os bydd y tyrfedd storm yn achosi i'r adain gyfansawdd blygu, gall signal trydanol rybuddio cyfrifiadur yr awyren i nodi bod yr adain dan ormod o bwysau ac awgrymu prawf. Mae arddangosiad stribed rholio ORNL yn profi mewn egwyddor y gall y dull gynhyrchu'r genhedlaeth nesaf o ffibrau wedi'u gorchuddio â chyfansawdd ar raddfa fawr. Cyfansoddion hunan-synhwyro, efallai wedi'u gwneud o swbstradau polymer adnewyddadwy a ffibrau carbon cost isel, yn gallu dod o hyd i'w lle mewn cynhyrchion hollbresennol, gan gynnwys hyd yn oed ceir ac adeiladau wedi'u hargraffu 3D. Er mwyn gwneud ffibrau wedi'u hymgorffori mewn nanoronynnau, gosododd yr ymchwilwyr sbŵls ffibr carbon perfformiad uchel ar y rholeri, a socian y ffibrau mewn resinau epocsi, sy'n cynnwys nanoronynnau sydd ar gael ar y farchnad, y mae eu lled tua lled y firws (45-65 nm).
Yna caiff y ffibrau eu sychu yn y popty i sicrhau'r haen. Er mwyn profi cryfder y ffibrau sydd wedi'u hymgorffori mewn nanoronynnau wedi'u gludo i'r swbstrad polymer, gwnaeth yr ymchwilwyr drawstiau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu â ffibr, a drefnwyd mewn Un Cyfeiriad. Cynhaliodd Bowland brawf straen lle cafodd pennau'r cantilifer eu gosod, tra bod y peiriant a oedd yn gwerthuso'r priodweddau mecanyddol yn rhoi gwthiad yng nghanol y trawst nes i'r trawst fethu. Er mwyn astudio gallu synhwyro'r deunydd cyfansawdd, gosododd electrodau ar ddwy ochr y trawst cantilifer. Mewn peiriant a elwir yn "Dadansoddwr mecanyddol Dynamig," clipiodd un pen i gadw'r cantilifer yn llonydd. Mae'r peiriant yn rhoi grym ar y pen arall i blygu'r trawst atal tra bod Bowland yn monitro'r newid mewn gwrthiant. Cynhaliodd ORNL, ymchwilydd ôl-ddoethurol Ngoc Nguyen, brofion ychwanegol yn y sbectromedr Fourier Transform Infrared i astudio bondiau cemegol mewn cyfansoddion a gwella dealltwriaeth o'r cryfder mecanyddol gwell a welwyd. Profodd yr ymchwilwyr hefyd allu ynni afradlonol cyfansoddion wedi'u gwneud o wahanol feintiau o nanoronynnau (wedi'u mesur gan ymddygiad dampio dirgryniad), a fyddai'n hwyluso ymateb deunyddiau strwythurol i siociau, dirgryniadau a ffynonellau straen a straen eraill. Ar bob crynodiad, gall nanoronynnau wella afradloni ynni (o 65% i 257% i raddau amrywiol). Mae Bowland a Naskar wedi gwneud cais am batent proses ar gyfer cynhyrchu cyfansoddion ffibr carbon hunan-synhwyro.
"Mae haenau wedi'u trwytho yn darparu ffordd newydd o fanteisio ar nanoddeunyddiau newydd sy'n cael eu datblygu," meddai Bowland. Cefnogwyd yr astudiaeth gan brosiectau ymchwil a datblygu a gyfarwyddwyd gan Labordy ORNL, a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn ACS Applied Materials and Interfaces (Deunyddiau Cymhwysol a Rhyngwynebau) o Gymdeithas Gemegol America.
Amser postio: Rhag-07-2018