Laŭ la plej nova raporto, la sekva generacio de kompozitaj materialoj povas mem monitori sian strukturan sanstaton, kaj fariĝi ofta.
Karbonfibraj kompozitoj estas malpezaj kaj fortikaj kaj estas gravaj strukturaj materialoj por aŭtomobiloj, aviadiloj kaj aliaj transportiloj. Ili konsistas el polimeraj substratoj, kiel ekzemple epoksiaj rezinoj, kiuj estas enmetitaj kun plifortigitaj karbonfibroj. Pro la malsamaj mekanikaj ecoj de la du materialoj, la fibroj defalos de la substrato sub troa streĉo aŭ laceco. Tio signifas, ke difekto al la karbonfibra kompozita strukturo povas ankoraŭ esti kaŝita sub la surfaco kaj ne povas esti detektita per la nuda okulo, kio povas konduki al katastrofa difekto.
"Komprenante la internon de la kompozitoj, oni povas pli bone taksi ilian sanon kaj scii ĉu ekzistas ia difekto, kiun oni bezonas ripari," diris Ridge Chris Bowland, esploristo ĉe la
Nacia Laboratorio Oak Ridge ĉe la Usona Departemento de Energio (Nacia Laboratorio Oak) Wigner. "Lastatempe, Amit Naskar, estro de la teamo pri karbono kaj kompozitoj ĉe Bowland kaj ORNL, inventis metodon de ruliĝanta strio por envolvi konduktivajn karbonajn fibrojn sur duonkonduktaĵajn siliciajn karbidajn nanopartiklojn. La nanomaterialoj estas enigitaj en kompozitajn materialojn, kiuj estas pli fortaj ol aliaj fibro-plifortigitaj kompozitoj kaj havas novan kapablon monitori la sanon de siaj propraj strukturoj. Kiam sufiĉe da tegitaj fibroj estas enigitaj en la polimeron, la fibroj formas elektran reton, kaj la grocaj kompozitoj konduktas elektron. Duonkonduktaĵaj nanopartikloj povas detrui ĉi tiun elektran konduktivecon sub la ago de eksteraj fortoj, aldonante mekanikajn kaj elektrajn funkciojn al la kompozitoj. Se la kompozitoj estas streĉitaj, la konektebleco de la tegitaj fibroj estos detruita kaj la rezisto en la materialo ŝanĝiĝos. Se la ŝtorma turbuleco kaŭzas fleksiĝon de la kompozita flugilo, elektra signalo povas averti la komputilon de la aviadilo por indiki, ke la flugilo estas sub tro da premo kaj sugesti teston. La ruliĝanta strio-demonstrado de ORNL principe pruvas, ke la metodo povas produkti la sekvan generacion de kompozitaj tegitaj fibroj grandskale. Mem-sensaj kompozitoj, eble faritaj el renovigeblaj polimeraj substratoj kaj malaltkosta karbono..." fibroj, povas trovi sian lokon en ĉieaj produktoj, inkluzive eĉ 3D-presitajn aŭtojn kaj konstruaĵojn. Por fari fibrojn enigitajn en nanopartiklojn, la esploristoj instalis alt-efikecajn karbonfibrajn bobenojn sur la rulpremilojn, kaj la rulpremiloj trempis la fibrojn en epoksiajn rezinojn, kiuj enhavas haveblajn nanopartiklojn sur la merkato, kies larĝo estas proksimume la larĝo de la viruso (45-65 nm).
La fibroj estas poste sekigitaj en forno por fiksi la tegaĵon. Por testi la forton de la fibroj enigitaj en nanopartiklojn gluitajn al la polimera substrato, la esploristoj faris fibro-plifortigitajn kompozitajn trabojn, kiuj estis aranĝitaj en Unu Direkto. Bowland efektivigis streĉteston, en kiu la finoj de la kantilevro estis fiksitaj, dum la maŝino taksanta la mekanikajn ecojn aplikis puŝon en la mezo de la trabo ĝis la trabo rompiĝis. Por studi la sentkapablon de la kompozita materialo, li instalis elektrodojn ambaŭflanke de la kantilevrotrabo. En maŝino konata kiel "Dinamika mekanika analizilo", li altondis unu finon por teni la kantilevron senmova. La maŝino aplikas forton ĉe la alia fino por fleksi la pendotrabon, dum Bowland monitoras la ŝanĝon de rezisto. ORNL, postdoktora esploristo Ngoc Nguyen, faris pliajn testojn en la Fourier-Transforma Infraruĝa spektrometro por studi kemiajn ligojn en kompozitoj kaj plibonigi komprenon pri la plifortigita observita mekanika forto. La esploristoj ankaŭ testis la kapablon de la disipa energio de kompozitoj faritaj el malsamaj kvantoj de nanopartikloj (mezurita per vibrada dampilo), kiu faciligus la respondon de strukturaj materialoj al ŝokoj, vibradoj kaj aliaj fontoj de streso kaj ŝarĝo. Ĉe ĉiu koncentriĝo, nanopartikloj povas plibonigi energidisipadon (de 65% ĝis 257% laŭ diversaj gradoj). Bowland kaj Naskar petis pri procesa patento por la fabrikado de mem-sensaj karbonfibraj kompozitoj.
"Impregnitaj tegaĵoj provizas novan manieron utiligi novajn nanomaterialojn, kiuj estas disvolvataj," diris Bowland. La studon subtenis esplor- kaj disvolvigaj projektoj direktitaj de la ORNL Laboratorio, publikigitaj en la revuo ACS Applied Materials and Interfaces (Aplikataj Materialoj kaj Interfacoj) de la Usona Kemia Societo.
Afiŝtempo: Dec-07-2018