Selon dènye rapò a, pwochen jenerasyon materyèl konpoze yo ka kontwole pwòp eta sante estriktirèl yo, epi vin komen.
Konpoze fib kabòn yo lejè e solid epi yo se materyèl estriktirèl enpòtan pou otomobil, avyon ak lòt mwayen transpò. Yo fèt ak substrats polymère, tankou résine epoksidik, ki entegre ak fib kabòn ranfòse. Akòz diferan pwopriyete mekanik de materyèl yo, fib yo ap tonbe sou substrats la anba twòp estrès oswa fatig. Sa vle di ke domaj nan estrikti konpoze fib kabòn nan ka toujou kache anba sifas la epi yo pa ka detekte pa je a toutouni, sa ki ka mennen nan yon echèk katastwofik.
"Lè w konprann anndan konpoze yo, ou ka pi byen jije sante yo epi konnen si gen nenpòt domaj ki bezwen repare," Ridge Chris Bowland, yon chèchè nan
Laboratwa Nasyonal Oak Ridge nan Depatman Enèji Etazini (Laboratwa Nasyonal Oak) Wigner. "Dènyèman, Amit Naskar, chèf ekip kabòn ak konpoze nan Bowland ak ORNL, te envante yon metòd bann woule pou vlope fib kabòn kondiktif sou nanopartikil semi-kondiktè carbure Silisyòm. Nanomateryèl yo entegre nan materyèl konpoze ki pi solid pase lòt konpoze ranfòse ak fib epi yo gen yon nouvo kapasite pou kontwole sante pwòp estrikti yo. Lè ase fib kouvri entegre nan polymère a, fib yo fòme yon griy elektrik, epi konpoze an gwo yo kondui elektrisite. Nanopartikil semi-kondiktè yo ka detwi konduktivite elektrik sa a anba aksyon fòs ekstèn, sa ki ajoute fonksyon mekanik ak elektrik nan konpoze yo. Si konpoze yo lonje, koneksyon fib kouvri yo ap detwi epi rezistans nan materyèl la ap chanje. Si tourbiyon tanpèt la lakòz zèl konpoze a pliye, yon siyal elektrik ka avèti òdinatè avyon an pou endike ke zèl la anba twòp presyon epi sijere yon tès. Demonstrasyon bann woule ORNL la pwouve an prensip ke metòd la ka pwodui pwochen jenerasyon fib konpoze kouvri sou yon gwo echèl. Konpoze oto-detekte, petèt fèt ak substrats polymère renouvlab ak kabòn ki pa koute chè. fib yo, ka jwenn plas yo nan pwodui toupatou, menm machin ak bilding enprime an 3D. Pou fè fib entegre nan nanopartikil, chèchè yo te enstale bobin fib kabòn pèfòmans segondè sou woulo yo, epi woulo yo te tranpe fib yo nan rezin epoksi, ki gen nanopartikil ki disponib sou mache a, ki gen lajè apeprè lajè viris la (45-65 nm).
Apre sa, yo seche fib yo nan fou a pou byen fikse kouch la. Pou teste fòs fib yo ki entegre nan nanopartikil ki kole sou substra polymère a, chèchè yo te fè travès konpoze ranfòse ak fib, ki te ranje nan yon sèl direksyon. Bowland te fè yon tès estrès kote yo te fikse bout cantilever la, pandan machin nan ki t ap evalye pwopriyete mekanik yo te aplike pouse nan mitan travès la jiskaske travès la te kraze. Pou etidye kapasite deteksyon materyèl konpoze a, li te enstale elektwòd sou tou de bò travès cantilever la. Nan yon machin yo rele "analizè mekanik dinamik", li te koupe yon bout pou kenbe cantilever la estasyonè. Machin nan egzèse fòs nan lòt bout la pou pliye travès sispansyon an pandan Bowland ap kontwole chanjman rezistans lan. ORNL, yon chèchè postdoktoral Ngoc Nguyen, te fè tès adisyonèl nan espektwomèt enfrawouj transfòme Fourier la pou etidye lyezon chimik nan konpoze yo epi amelyore konpreyansyon sou fòs mekanik amelyore yo obsève a. Chèchè yo te teste tou kapasite enèji disipatif konpoze ki fèt ak diferan kantite nanopartikil (mezire pa konpòtman amortisman vibrasyon), ki ta fasilite repons materyèl estriktirèl yo a chòk, vibrasyon ak lòt sous estrès ak defòmasyon. Nan chak konsantrasyon, nanopartikil yo ka amelyore disipasyon enèji (soti nan 65% a 257% nan divès degre). Bowland ak Naskar te aplike pou yon patant pwosesis pou fabrike konpoze fib kabòn oto-detekte.
"Kouch enpreye yo bay yon nouvo fason pou pwofite nouvo nanomateryèl k ap devlope yo," Bowland te di. Etid la te sipòte pa pwojè rechèch ak devlopman ki dirije pa Laboratwa ORNL la, pibliye nan jounal ACS Applied Materials and Interfaces (Materyèl Aplike ak Entèfas) nan Sosyete Chimik Ameriken an.
Dat piblikasyon: 7 Desanm 2018