Neffens it lêste rapport kin de folgjende generaasje kompositmaterialen har eigen strukturele sûnensstatus kontrolearje en gewoan wurde.
Koalstoffiberkompositen binne licht en stevich en binne wichtige strukturele materialen foar auto's, fleantugen en oare ferfiermiddels. Se besteane út polymeersubstraten, lykas epoxyharsen, dy't ynbêde binne mei fersterke koalstoffibers. Fanwegen de ferskillende meganyske eigenskippen fan 'e twa materialen sille de fezels fan it substraat falle ûnder tefolle stress of wurgens. Dit betsjut dat skea oan 'e koalstoffiberkompositstruktuer noch ûnder it oerflak ferburgen wêze kin en net mei it bleate each ûntdutsen wurde kin, wat kin liede ta katastrofale falen.
"Troch de binnenkant fan 'e kompositen te begripen, kinne jo har sûnens better beoardielje en witte oft der skea is dy't reparearre wurde moat," sei Ridge Chris Bowland, in ûndersiker by de
Oak Ridge National Laboratory by it Amerikaanske Ministearje fan Enerzjy (Oak National Laboratory) Wigner. "Koartlyn hat Amit Naskar, haad fan it koalstof- en kompositteam by Bowland en ORNL, in rôljende stripe-metoade útfûn om geleidende koalstofvezels op healgeleider silisiumkarbide nanopartikels te wikkeljen. De nanomaterialen binne ynbêde yn kompositmaterialen dy't sterker binne as oare glêstriedfersterke kompositen en hawwe in nije mooglikheid om de sûnens fan har eigen struktueren te kontrolearjen. As genôch coated fezels yn it polymeer ynbêde binne, foarmje de fezels in stroomnet, en de bulkkompositen liede elektrisiteit. Healgeleider nanopartikels kinne dizze elektryske geleidingsfermogen ferneatigje ûnder de aksje fan eksterne krêften, wêrtroch meganyske en elektryske funksjes tafoege wurde oan de kompositen. As de kompositen útrekt wurde, sil de ferbining fan 'e coated fezels ferneatige wurde en sil de wjerstân yn it materiaal feroarje. As de stoarmturbulinsje de kompositfleugel bûcht, kin in elektrysk sinjaal de kompjûter fan it fleantúch warskôgje om oan te jaan dat de fleugel ûnder te folle druk stiet en in test foarstelle. De rôljende stripdemonstraasje fan ORNL bewiist yn prinsipe dat de metoade de folgjende generaasje fan kompositcoated fezels op grutte skaal kin produsearje. Sels-sensing kompositen, miskien makke fan duorsume polymeersubstraten en Goedkeape koalstofvezels kinne har plak fine yn oeral foarkommende produkten, ynklusyf sels 3D-printe auto's en gebouwen. Om fezels te meitsjen dy't yn nanopartikels ynbêde binne, ynstalleare de ûndersikers hege prestaasjes koalstofvezelspoelen op 'e rollen, en de rollen wietmakken de fezels yn epoxyharsen, dy't beskikbere nanopartikels befetsje dy't sawat de breedte fan it firus hawwe (45-65 nm).
De fezels wurde dan yn 'e oven droege om de coating te befeiligjen. Om de sterkte fan 'e fezels te testen dy't ynbêde binne yn nanopartikels dy't oan it polymeersubstraat lijmd binne, makken de ûndersikers fezelfersterke kompositbalken, dy't yn ien rjochting regele waarden. Bowland fierde in stresstest út wêrby't de einen fan 'e cantilever fêstmakke waarden, wylst de masine dy't de meganyske eigenskippen evaluearre, in druk yn 'e midden fan' e balke tapaste oant de balke begaf. Om de deteksjekapasiteit fan it kompositmateriaal te bestudearjen, ynstalleare hy elektroden oan beide kanten fan 'e cantileverbalke. Yn in masine bekend as in "Dynamyske meganyske analyzer" knipte hy ien ein ôf om de cantilever stil te hâlden. De masine oefenet krêft út oan 'e oare ein om de ophingbalke te bûgen, wylst Bowland de feroaring fan wjerstân kontrolearret. ORNL, in postdoktoraal ûndersiker Ngoc Nguyen, fierde ekstra testen út yn 'e Fourier Transform Infrared-spektrometer om gemyske biningen yn kompositen te bestudearjen en it begryp fan' e ferhege meganyske sterkte te ferbetterjen. De ûndersikers hawwe ek it fermogen fan 'e dissipative enerzjy fan kompositen makke fan ferskillende hoemannichten nanopartikels (metten troch trillingsdempingsgedrach) testen, wat de reaksje fan strukturele materialen op skokken, trillingen en oare stress- en spanningsboarnen soe fasilitearje. By elke konsintraasje kinne nanopartikels de enerzjyferspilling ferbetterje (fan 65% oant 257% yn ferskillende mjitte). Bowland en Naskar hawwe in prosespatent oanfrege foar de fabrikaazje fan selsgefoelige koalstoffiberkompositen.
"Ympregnearre coatings biede in nije manier om foardiel te heljen fan nije nanomaterialen dy't ûntwikkele wurde," sei Bowland. De stúdzje waard stipe troch ûndersyks- en ûntwikkelingsprojekten ûnder lieding fan it ORNL Laboratory, publisearre yn it tydskrift ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) fan 'e American Chemical Society.
Pleatsingstiid: 7 desimber 2018