શું નવી કાર્બન ફાઇબર સામગ્રીની આગામી પેઢી "સ્વ-શોધ" કરી શકશે?

તાજેતરના અહેવાલ મુજબ, સંયુક્ત સામગ્રીની આગામી પેઢી તેમના પોતાના માળખાકીય સ્વાસ્થ્યની સ્થિતિનું નિરીક્ષણ કરી શકે છે, અને સામાન્ય બની શકે છે.

કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટ હળવા અને મજબૂત હોય છે અને ઓટોમોબાઇલ, વિમાન અને પરિવહનના અન્ય માધ્યમો માટે મહત્વપૂર્ણ માળખાકીય સામગ્રી છે. તેમાં પોલિમર સબસ્ટ્રેટ હોય છે, જેમ કે ઇપોક્સી રેઝિન, જે પ્રબલિત કાર્બન ફાઇબર સાથે જડિત હોય છે. બે સામગ્રીના વિવિધ યાંત્રિક ગુણધર્મોને કારણે, વધુ પડતા તાણ અથવા થાક હેઠળ રેસા સબસ્ટ્રેટમાંથી પડી જશે. આનો અર્થ એ છે કે કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટ સ્ટ્રક્ચરને નુકસાન હજુ પણ સપાટીની નીચે છુપાયેલું હોઈ શકે છે અને નરી આંખે શોધી શકાતું નથી, જે વિનાશક નિષ્ફળતા તરફ દોરી શકે છે.

"કમ્પોઝિટની અંદરની બાજુ સમજીને, તમે તેમના સ્વાસ્થ્યનો વધુ સારી રીતે અંદાજ લગાવી શકો છો અને જાણી શકો છો કે શું કોઈ નુકસાન છે જેને સમારકામની જરૂર છે," રિજ ક્રિસ બાઉલેન્ડ, એક સંશોધક

યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી (ઓક નેશનલ લેબોરેટરી) વિગ્નર ખાતે ઓક રિજ નેશનલ લેબોરેટરી. ”તાજેતરમાં, બાઉલેન્ડ અને ORNL ખાતે કાર્બન અને કમ્પોઝિટ ટીમના વડા અમિત નાસ્કરે સેમિકન્ડક્ટર સિલિકોન કાર્બાઇડ નેનોપાર્ટિકલ્સ પર વાહક કાર્બન ફાઇબર લપેટવા માટે રોલિંગ સ્ટ્રાઇપ પદ્ધતિની શોધ કરી. નેનોમટીરિયલ્સ એવા કમ્પોઝિટ મટિરિયલ્સમાં જડિત હોય છે જે અન્ય ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કમ્પોઝિટ કરતાં વધુ મજબૂત હોય છે અને તેમની પોતાની રચનાઓના સ્વાસ્થ્યનું નિરીક્ષણ કરવાની નવી ક્ષમતા ધરાવે છે. જ્યારે પોલિમરમાં પૂરતા કોટેડ ફાઇબર એમ્બેડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ફાઇબર પાવર ગ્રીડ બનાવે છે, અને બલ્ક કમ્પોઝિટ વીજળીનું સંચાલન કરે છે. સેમિકન્ડક્ટર નેનોપાર્ટિકલ્સ બાહ્ય દળોની ક્રિયા હેઠળ આ વિદ્યુત વાહકતાને નષ્ટ કરી શકે છે, જે કમ્પોઝિટમાં યાંત્રિક અને વિદ્યુત કાર્યો ઉમેરે છે. જો કમ્પોઝિટ ખેંચાય છે, તો કોટેડ ફાઇબરની કનેક્ટિવિટી નાશ પામશે અને સામગ્રીમાં પ્રતિકાર બદલાશે. જો તોફાનના કારણે કમ્પોઝિટ વિંગ વળે છે, તો વિદ્યુત સંકેત વિમાનના કમ્પ્યુટરને ચેતવણી આપી શકે છે કે પાંખ ખૂબ દબાણ હેઠળ છે અને પરીક્ષણ સૂચવી શકે છે. ORNL નું રોલિંગ સ્ટ્રીપ પ્રદર્શન સૈદ્ધાંતિક રીતે સાબિત કરે છે કે પદ્ધતિ મોટા પાયે કમ્પોઝિટ કોટેડ ફાઇબરની આગામી પેઢી ઉત્પન્ન કરી શકે છે. સ્વ-સંવેદનાત્મક કમ્પોઝિટ, કદાચ નવીનીકરણીય પોલિમર સબસ્ટ્રેટ અને ઓછી કિંમતના કાર્બનમાંથી બનાવેલ. ફાઇબર, સર્વવ્યાપી ઉત્પાદનોમાં તેમનું સ્થાન શોધી શકે છે, જેમાં 3D પ્રિન્ટેડ કાર અને ઇમારતોનો પણ સમાવેશ થાય છે. નેનોપાર્ટિકલ્સમાં જડિત ફાઇબર બનાવવા માટે, સંશોધકોએ રોલર્સ પર ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કાર્બન ફાઇબર સ્પૂલ સ્થાપિત કર્યા, અને રોલર્સે ફાઇબરને ઇપોક્સી રેઝિનમાં પલાળ્યા, જેમાં બજારમાં ઉપલબ્ધ નેનોપાર્ટિકલ્સ હોય છે, જેની પહોળાઈ વાયરસની પહોળાઈ (45-65 nm) જેટલી હોય છે.

પછી કોટિંગને સુરક્ષિત કરવા માટે તંતુઓને ઓવનમાં સૂકવવામાં આવે છે. પોલિમર સબસ્ટ્રેટ સાથે ગુંદર ધરાવતા નેનોપાર્ટિકલ્સમાં જડિત તંતુઓની મજબૂતાઈ ચકાસવા માટે, સંશોધકોએ ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ કમ્પોઝિટ બીમ બનાવ્યા, જે એક દિશામાં ગોઠવાયેલા હતા. બાઉલેન્ડે એક સ્ટ્રેસ ટેસ્ટ હાથ ધર્યો જેમાં કેન્ટીલીવરના છેડા ફિક્સ કરવામાં આવ્યા હતા, જ્યારે મશીન યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરી રહ્યું હતું અને બીમ નિષ્ફળ જાય ત્યાં સુધી બીમની મધ્યમાં થ્રસ્ટ લાગુ કર્યું હતું. કમ્પોઝિટ મટિરિયલની સેન્સિંગ ક્ષમતાનો અભ્યાસ કરવા માટે, તેણે કેન્ટીલીવર બીમની બંને બાજુ ઇલેક્ટ્રોડ સ્થાપિત કર્યા. "ડાયનેમિક મિકેનિકલ એનાલાઇઝર" તરીકે ઓળખાતા મશીનમાં, તેણે કેન્ટીલીવરને સ્થિર રાખવા માટે એક છેડો ક્લિપ કર્યો. મશીન સસ્પેન્શન બીમને વાળવા માટે બીજા છેડે બળનો ઉપયોગ કરે છે જ્યારે બાઉલેન્ડ પ્રતિકારના પરિવર્તનનું નિરીક્ષણ કરે છે. પોસ્ટડોક્ટરલ સંશોધક ન્ગોક ન્ગ્યુયેન, ORNL, એ કમ્પોઝિટમાં રાસાયણિક બોન્ડનો અભ્યાસ કરવા અને અવલોકન કરાયેલ ઉન્નત યાંત્રિક શક્તિની સમજ સુધારવા માટે ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોમીટરમાં વધારાના પરીક્ષણો હાથ ધર્યા. સંશોધકોએ વિવિધ જથ્થામાં નેનોપાર્ટિકલ્સ (કંપન ભીનાશક વર્તન દ્વારા માપવામાં આવે છે) થી બનેલા કમ્પોઝીટની વિસર્જનશીલ ઊર્જાની ક્ષમતાનું પણ પરીક્ષણ કર્યું, જે આંચકા, કંપન અને અન્ય તાણ અને તાણ સ્ત્રોતો પ્રત્યે માળખાકીય સામગ્રીના પ્રતિભાવને સરળ બનાવશે. દરેક સાંદ્રતા પર, નેનોપાર્ટિકલ્સ ઊર્જા વિસર્જન (65% થી 257% સુધી વિવિધ ડિગ્રી સુધી) વધારી શકે છે. બાઉલેન્ડ અને નાસ્કરે સ્વ-સંવેદનશીલ કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝીટના ઉત્પાદન માટે પ્રક્રિયા પેટન્ટ માટે અરજી કરી છે.

"ઇમ્પ્રેગ્નેટેડ કોટિંગ્સ નવા નેનોમટીરિયલ્સનો લાભ લેવાનો એક નવો રસ્તો પૂરો પાડે છે જે વિકસાવવામાં આવી રહ્યા છે." બોલેન્ડે કહ્યું. અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટીના ACS એપ્લાઇડ મટિરિયલ્સ એન્ડ ઇન્ટરફેસ (એપ્લાઇડ મટિરિયલ્સ એન્ડ ઇન્ટરફેસ) જર્નલમાં પ્રકાશિત ORNL લેબોરેટરી દ્વારા નિર્દેશિત સંશોધન અને વિકાસ પ્રોજેક્ટ્સ દ્વારા આ અભ્યાસને સમર્થન આપવામાં આવ્યું હતું.