Viimase aruande kohaselt saavad järgmise põlvkonna komposiitmaterjalid jälgida oma struktuurilist tervislikku seisundit ja muutuvad tavaliseks.
Süsinikkiust komposiidid on kerged ja vastupidavad ning olulised konstruktsioonimaterjalid autodele, lennukitele ja muudele transpordivahenditele. Need koosnevad polümeermaterjalidest, näiteks epoksüvaigudest, mis on sisse põimitud tugevdatud süsinikkiududega. Kahe materjali erinevate mehaaniliste omaduste tõttu kukuvad kiud liigse pinge või väsimuse korral aluspinnalt maha. See tähendab, et süsinikkiust komposiidi struktuuri kahjustused võivad siiski pinna all peituda ja neid ei saa palja silmaga tuvastada, mis võib viia katastroofilise rikkeni.
„Komposiitide sisemusest aru saades saate paremini hinnata nende seisukorda ja teada, kas on mingeid kahjustusi, mis vajavad parandamist,“ ütles Ridge Chris Bowland, teadur.
USA energeetikaministeeriumi Oak Ridge'i riiklik labor (Oak National Laboratory) Wigner. „Hiljuti leiutas Bowlandi ja ORNL-i süsiniku- ja komposiitmaterjalide meeskonna juht Amit Naskar valtsimisriba meetodi, et mähkida juhtivaid süsinikkiude pooljuht-ränikarbiidi nanoosakestele. Nanomaterjalid on integreeritud komposiitmaterjalidesse, mis on tugevamad kui teised kiudtugevdatud komposiidid ja millel on uus võime jälgida oma struktuuride tervist. Kui polümeeri on integreeritud piisavalt kaetud kiude, moodustavad kiud elektrivõrgu ja põhikomposiidid juhivad elektrit. Pooljuhtide nanoosakesed võivad selle elektrijuhtivuse väliste jõudude mõjul hävitada, lisades komposiitidele mehaanilisi ja elektrilisi funktsioone. Kui komposiite venitatakse, hävib kaetud kiudude ühenduvus ja materjali takistus muutub. Kui tormi turbulents põhjustab komposiittiiva painutamist, võib elektriline signaal hoiatada lennuki arvutit, et näidata, et tiib on liiga suure rõhu all ja soovitada testi. ORNL-i valtsimisriba demonstratsioon tõestab põhimõtteliselt, et meetod suudab toota järgmise põlvkonna komposiitkattega kiude suures mahus. Isetundlikud komposiidid, mis on võib-olla valmistatud taastuvatest polümeermaterjalidest ja odavatest süsinikkiududest, võivad leida oma koha kõikjal levivas…“ tooteid, sealhulgas isegi 3D-prinditud autosid ja hooneid. Nanoosakestesse põimitud kiudude valmistamiseks paigaldasid teadlased rullikutele kõrgjõudlusega süsinikkiust poolid ja rullid immutasid kiude epoksüvaikudes, mis sisaldavad turul saadaolevaid nanoosakesi, mille laius on umbes viiruse laius (45–65 nm).
Seejärel kuivatatakse kiud ahjus katte kinnitamiseks. Polümeermaterjalile liimitud nanoosakestesse kinnistatud kiudude tugevuse testimiseks valmistasid teadlased kiudtugevdatud komposiittalad, mis paigutati ühes suunas (One Direction). Bowland viis läbi pingetesti, milles konsoolvarda otsad fikseeriti, samal ajal kui mehaanilisi omadusi hindav masin rakendas tala keskele tõukejõudu, kuni tala purunes. Komposiitmaterjali tajuvõime uurimiseks paigaldas ta konsoolvarda mõlemale küljele elektroodid. Masinas, mida tuntakse kui "Dünaamilist mehaanilist analüsaatorit", lõigas ta ühe otsa kinni, et hoida konsoolvarda paigal. Masin avaldab teises otsas jõudu, et painutada vedrustustala, samal ajal kui Bowland jälgib takistuse muutust. ORNL, järeldoktor Ngoc Nguyen, viis läbi täiendavaid katseid Fourier' teisendusega infrapunaspektromeetris, et uurida komposiitide keemilisi sidemeid ja parandada arusaamist täheldatud suurenenud mehaanilisest tugevusest. Teadlased testisid ka erinevas koguses nanoosakestest valmistatud komposiitide dissipatiivse energia võimet (mõõdetuna vibratsiooni summutamise käitumise järgi), mis hõlbustaks konstruktsioonimaterjalide reageerimist löökidele, vibratsioonile ja muudele pinge- ja deformatsiooniallikatele. Igas kontsentratsioonis võivad nanoosakesed suurendada energia hajumist (erinevatel astmetel 65%-lt 257%-ni). Bowland ja Naskar on taotlenud protsessi patenti iseanduritega süsinikkiust komposiitide tootmiseks.
„Immutatud katted pakuvad uut võimalust ära kasutada uusi nanomaterjale, mida praegu arendatakse,“ ütles Bowland. Uuringut toetasid ORNL Laboratooriumi juhitud teadus- ja arendusprojektid, mis avaldati Ameerika Keemiaühingu ajakirjas ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces).
Postituse aeg: 07. detsember 2018