Azken txostenaren arabera, hurrengo belaunaldiko material konposatuek beren egitura-osasun egoera kontrolatu dezakete, eta ohikoak bihurtu.
Karbono-zuntzezko konpositeak arinak eta sendoak dira, eta automobil, hegazkin eta bestelako garraiobideetarako egitura-material garrantzitsuak dira. Polimero-substratuez osatuta daude, hala nola epoxi-erretxinaz, eta karbono-zuntz indartuekin txertatuta daude. Bi materialen propietate mekaniko desberdinak direla eta, zuntzak substratutik eroriko dira gehiegizko tentsio edo nekearen pean. Horrek esan nahi du karbono-zuntzezko konposite-egituraren kalteak gainazalaren azpian ezkutatuta egon daitezkeela eta ezin direla begi hutsez detektatu, eta horrek porrot katastrofikoa eragin dezakeela.
«Konpositeen barnealdea ulertuz gero, hobeto epaitu dezakezu haien osasuna eta konpondu beharreko kalterik dagoen jakin», esan zuen Ridge Chris Bowland-ek, Institut of Natural Sciences-eko ikertzaileak.
Oak Ridge Laborategi Nazionala AEBetako Energia Sailean (Oak Laborategi Nazionala) Wigner. "Duela gutxi, Bowland eta ORNLko karbono eta konpositeen taldeko buruak, Amit Naskarrek zuntz eroaleak silizio karburozko nanopartikula erdieroaleetan biltzeko banda biribilduen metodo bat asmatu zuen. Nanomaterialak beste zuntz indartu batzuk baino sendoagoak diren material konposatuetan txertatzen dira eta beren egituren osasuna kontrolatzeko gaitasun berria dute. Polimeroan estalitako zuntz nahikoa txertatzen direnean, zuntzek sare elektriko bat osatzen dute, eta konpositeek elektrizitatea eroaten dute. Nanopartikula erdieroaleek eroankortasun elektriko hori suntsitu dezakete kanpoko indarren eraginpean, funtzio mekaniko eta elektrikoak gehituz konpositeei. Konpositeak luzatzen badira, estalitako zuntzen konektibitatea suntsitu egingo da eta materialaren erresistentzia aldatuko da. Ekaitzaren turbulentziak konpositearen hegala tolestea eragiten badu, seinale elektriko batek hegazkinaren ordenagailuari abisua eman diezaioke hegala presio gehiegipean dagoela adierazteko eta proba bat iradokitzeko. ORNLren banda biribilduen erakustaldiak printzipioz frogatzen du metodoak hurrengo belaunaldiko konposite estalitako zuntzak eskala handian ekoiz ditzakeela. Auto-sentsoreak diren konpositeak, agian polimero substratu berriztagarriekin eta kostu baxuko karbonoarekin eginda." zuntzek, nonahi dauden produktuetan aurki dezakete lekua, baita 3D inprimatutako autoetan eta eraikinetan ere. Nanopartikulatan txertatutako zuntzak egiteko, ikertzaileek errendimendu handiko karbono-zuntzezko bobinak instalatu zituzten arraboletan, eta arrabolek zuntzak epoxi erretxinetan busti zituzten, eta erretxin horiek merkatuan dauden nanopartikulak dituzte, eta zabalera birusaren zabaleraren antzekoa da (45-65 nm).
Zuntzak labean lehortzen dira estaldura finkatzeko. Polimero substratuari itsatsitako nanopartikuletan txertatutako zuntzen erresistentzia probatzeko, ikertzaileek zuntz-indartutako habe konposatuak egin zituzten, norabide bakarrean antolatuta. Bowlandek tentsio-proba bat egin zuen, non kontsola-muturrak finkatu ziren, propietate mekanikoak ebaluatzen zituen makinak habearen erdian bultzada aplikatzen zuen bitartean, habea hautsi arte. Material konposatuaren sentsore-gaitasuna aztertzeko, elektrodoak instalatu zituen kontsola-habearen bi aldeetan. "Analizatzaile mekaniko dinamikoa" izeneko makina batean, mutur bat moztu zuen kontsola geldirik mantentzeko. Makinak indarra egiten du beste muturrean esekidura-habea tolesteko, Bowlandek erresistentziaren aldaketa kontrolatzen duen bitartean. ORNLk, Ngoc Nguyen doktorego ondoko ikertzaileak, proba gehigarriak egin zituen Fourier Transformatuko Infragorri espektrometroan, konpositeetan lotura kimikoak aztertzeko eta behatutako erresistentzia mekaniko hobetuaren ulermena hobetzeko. Ikertzaileek nanopartikula kantitate desberdinez egindako konpositeen energia disipatiboaren gaitasuna ere probatu zuten (bibrazioen moteltze-portaeraren bidez neurtua), eta horrek egitura-materialen erantzuna erraztuko luke talkekiko, bibrazioekiko eta bestelako tentsio- eta deformazio-iturriekiko. Kontzentrazio bakoitzean, nanopartikulek energia disipazioa hobetu dezakete (% 65etik % 257ra, maila desberdinetan). Bowland eta Naskarrek prozesu-patente bat eskatu dute auto-sentsoreak diren karbono-zuntzezko konpositeak fabrikatzeko.
«Inpregnatutako estaldurek garatzen ari diren nanomaterial berriak aprobetxatzeko modu berri bat eskaintzen dute», esan zuen Bowlanek. Ikerketa ORNL Laborategiak zuzendutako ikerketa eta garapen proiektuek babestu dute, American Chemical Society-ko ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) aldizkarian argitaratuak.
Argitaratze data: 2018ko abenduak 7