क्या अगली पीढ़ी के नए कार्बन फाइबर पदार्थ “स्वयं-पहचान” करने में सक्षम होंगे?

नवीनतम रिपोर्ट के अनुसार, मिश्रित सामग्रियों की अगली पीढ़ी अपनी संरचनात्मक स्वास्थ्य स्थिति की निगरानी कर सकेगी, और आम हो सकेगी।

कार्बन फाइबर कंपोजिट हल्के और मजबूत होते हैं और ऑटोमोबाइल, विमान और परिवहन के अन्य साधनों के लिए महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री हैं। वे पॉलिमर सब्सट्रेट से बने होते हैं, जैसे कि एपॉक्सी रेजिन, जो प्रबलित कार्बन फाइबर के साथ एम्बेडेड होते हैं। दो सामग्रियों के अलग-अलग यांत्रिक गुणों के कारण, फाइबर अत्यधिक तनाव या थकान के तहत सब्सट्रेट से गिर जाएंगे। इसका मतलब यह है कि कार्बन फाइबर कंपोजिट संरचना को नुकसान अभी भी सतह के नीचे छिपा हो सकता है और नग्न आंखों से इसका पता नहीं लगाया जा सकता है, जिससे भयावह विफलता हो सकती है।

"मिश्र धातुओं के अंदरूनी भाग को समझकर, आप उनकी स्थिति का बेहतर आकलन कर सकते हैं और यह जान सकते हैं कि कोई क्षति तो नहीं है जिसे ठीक करने की आवश्यकता है," रिज क्रिस बोलैंड, एक शोधकर्ता ने कहा।

अमेरिकी ऊर्जा विभाग में ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला (ओक नेशनल लेबोरेटरी) विग्नर। ”हाल ही में, बोलैंड और ORNL में कार्बन और कंपोजिट टीम के प्रमुख अमित नस्कर ने सेमीकंडक्टर सिलिकॉन कार्बाइड नैनोकणों पर प्रवाहकीय कार्बन फाइबर लपेटने के लिए एक रोलिंग स्ट्राइप विधि का आविष्कार किया। नैनोमटेरियल्स को ऐसे कंपोजिट मटीरियल में एम्बेड किया जाता है जो अन्य फाइबर-प्रबलित कंपोजिट की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं और इनमें अपनी संरचनाओं के स्वास्थ्य की निगरानी करने की एक नई क्षमता होती है। जब पॉलिमर में पर्याप्त लेपित फाइबर एम्बेड किए जाते हैं, तो फाइबर एक पावर ग्रिड बनाते हैं, और थोक कंपोजिट बिजली का संचालन करते हैं। सेमीकंडक्टर नैनोकण बाहरी बलों की कार्रवाई के तहत इस विद्युत चालकता को नष्ट कर सकते हैं, कंपोजिट में यांत्रिक और विद्युत कार्यों को जोड़ सकते हैं। यदि कंपोजिट को खींचा जाता है, तो लेपित फाइबर की कनेक्टिविटी नष्ट हो जाएगी और सामग्री में प्रतिरोध बदल जाएगा। यदि तूफान की अशांति के कारण कंपोजिट विंग मुड़ जाता है, तो एक विद्युत संकेत विमान के कंप्यूटर को यह संकेत देने के लिए चेतावनी दे सकता है कि विंग बहुत अधिक दबाव में है और एक परीक्षण का सुझाव देता है। ORNL का रोलिंग स्ट्रिप प्रदर्शन सिद्धांत रूप से साबित करता है कि विधि बड़े पैमाने पर अगली पीढ़ी के कंपोजिट कोटेड फाइबर का उत्पादन कर सकती है। स्व-संवेदन संभवतः नवीकरणीय पॉलिमर सब्सट्रेट और कम लागत वाले कार्बन फाइबर से बने कंपोजिट, सर्वव्यापी उत्पादों में अपनी जगह पा सकते हैं, जिसमें 3डी प्रिंटेड कारें और इमारतें भी शामिल हैं। नैनोकणों में एम्बेडेड फाइबर बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने रोलर्स पर उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर स्पूल लगाए, और रोलर्स ने फाइबर को एपॉक्सी रेजिन में भिगोया, जिसमें बाजार में उपलब्ध नैनोकण होते हैं, जिनकी चौड़ाई वायरस की चौड़ाई (45-65 एनएम) के बराबर होती है।

तंतुओं को फिर ओवन में सुखाया जाता है ताकि कोटिंग सुरक्षित हो जाए। पॉलिमर सब्सट्रेट से चिपके नैनोकणों में एम्बेडेड फाइबर की ताकत का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने फाइबर-प्रबलित समग्र बीम बनाए, जिन्हें एक दिशा में व्यवस्थित किया गया था। बोलैंड ने एक तनाव परीक्षण किया जिसमें कैंटिलीवर के सिरों को स्थिर किया गया था, जबकि यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन करने वाली मशीन ने बीम के बीच में तब तक जोर लगाया जब तक कि बीम विफल नहीं हो गई। मिश्रित सामग्री की संवेदन क्षमता का अध्ययन करने के लिए, उन्होंने कैंटिलीवर बीम के दोनों किनारों पर इलेक्ट्रोड लगाए। "डायनेमिक मैकेनिकल एनालाइज़र" के रूप में जानी जाने वाली मशीन में, उन्होंने कैंटिलीवर को स्थिर रखने के लिए एक छोर को क्लिप किया। मशीन निलंबन बीम को मोड़ने के लिए दूसरे छोर पर बल लगाती है जबकि बोलैंड प्रतिरोध के परिवर्तन की निगरानी करता है। ORNL, एक पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता Ngoc Nguyen ने कंपोजिट में रासायनिक बंधनों का अध्ययन करने और देखी गई बढ़ी हुई यांत्रिक शक्ति की समझ में सुधार करने के लिए फूरियर ट्रांसफ़ॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर में अतिरिक्त परीक्षण किए। शोधकर्ताओं ने नैनोकणों की विभिन्न मात्राओं (कंपन अवमंदन व्यवहार द्वारा मापी गई) से बने कंपोजिट की अपव्यय ऊर्जा की क्षमता का भी परीक्षण किया, जो संरचनात्मक सामग्रियों की झटकों, कंपन और अन्य तनाव और तनाव स्रोतों के प्रति प्रतिक्रिया को सुविधाजनक बनाएगा। प्रत्येक सांद्रता पर, नैनोकण ऊर्जा अपव्यय को बढ़ा सकते हैं (65% से 257% तक अलग-अलग डिग्री तक)। बोलैंड और नास्कर ने स्व-संवेदी कार्बन फाइबर कंपोजिट के निर्माण के लिए एक प्रक्रिया पेटेंट के लिए आवेदन किया है।

बोलैंड ने कहा, "संसेचित कोटिंग्स विकसित किए जा रहे नए नैनोमटेरियल का लाभ उठाने का एक नया तरीका प्रदान करती हैं।" इस अध्ययन को ORNL प्रयोगशाला द्वारा निर्देशित अनुसंधान और विकास परियोजनाओं द्वारा समर्थित किया गया था, जिसे अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के ACS एप्लाइड मैटेरियल्स एंड इंटरफेसेस (एप्लाइड मैटेरियल्स एंड इंटरफेसेस) पत्रिका में प्रकाशित किया गया था।