Վերջին զեկույցի համաձայն, կոմպոզիտային նյութերի հաջորդ սերունդը կարող է վերահսկել իրենց կառուցվածքային առողջության վիճակը և դառնալ տարածված։
Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները թեթև և ամուր են և կարևոր կառուցվածքային նյութեր են ավտոմեքենաների, ինքնաթիռների և այլ տրանսպորտային միջոցների համար: Դրանք բաղկացած են պոլիմերային հիմքերից, ինչպիսիք են էպօքսիդային խեժերը, որոնք ներկառուցված են ամրացված ածխածնային մանրաթելերով: Երկու նյութերի տարբեր մեխանիկական հատկությունների պատճառով մանրաթելերը կընկնեն հիմքից չափազանց լարվածության կամ հոգնածության դեպքում: Սա նշանակում է, որ ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային կառուցվածքի վնասը կարող է դեռևս թաքնված լինել մակերեսի տակ և չհայտնաբերվել անզեն աչքով, ինչը կարող է հանգեցնել աղետալի ձախողման:
«Հասկանալով կոմպոզիտների ներսը, դուք կարող եք ավելի լավ գնահատել դրանց առողջությունը և իմանալ, թե արդյոք կա որևէ վնաս, որը պետք է վերանորոգվի», - ասում է Ռիջ Քրիս Բոուլանդը, հետազոտող...
ԱՄՆ Էներգետիկայի դեպարտամենտի Օուք Ռիջի ազգային լաբորատորիա (Օուք ազգային լաբորատորիա) Վիգներ։ Վերջերս Բոուլենդի և ORNL-ի ածխածնի և կոմպոզիտների թիմի ղեկավար Ամիտ Նասկարը հորինել է գլորվող շերտավոր մեթոդ՝ կիսահաղորդչային սիլիցիումի կարբիդային նանոմասնիկների վրա հաղորդիչ ածխածնային մանրաթելերը փաթաթելու համար։ Նանոնյութերը ներդրված են կոմպոզիտային նյութերի մեջ, որոնք ավելի ամուր են, քան մյուս մանրաթելային ամրացված կոմպոզիտները և ունեն իրենց սեփական կառուցվածքների առողջությունը վերահսկելու նոր հնարավորություն։ Երբ պոլիմերի մեջ ներդրվում են բավարար քանակությամբ պատված մանրաթելեր, մանրաթելերը ձևավորում են էլեկտրական ցանց, իսկ հիմնական կոմպոզիտները հաղորդում են էլեկտրաէներգիա։ Կիսահաղորդչային նանոմասնիկները կարող են ոչնչացնել այս էլեկտրահաղորդականությունը արտաքին ուժերի ազդեցության տակ՝ կոմպոզիտներին ավելացնելով մեխանիկական և էլեկտրական գործառույթներ։ Եթե կոմպոզիտները ձգվեն, պատված մանրաթելերի կապը կկործանվի, և նյութի դիմադրությունը կփոխվի։ Եթե փոթորկի տուրբուլենտությունը կոմպոզիտային թևի ծռման պատճառ դառնա, էլեկտրական ազդանշանը կարող է զգուշացնել ինքնաթիռի համակարգչին՝ նշելով, որ թևը չափազանց մեծ ճնշման տակ է և առաջարկել փորձարկում։ ORNL-ի գլորվող շերտավոր ցուցադրությունը սկզբունքորեն ապացուցում է, որ մեթոդը կարող է մեծ մասշտաբով արտադրել կոմպոզիտային պատված մանրաթելերի հաջորդ սերունդը։ Ինքնազգայուն կոմպոզիտներ, հնարավոր է՝ պատրաստված վերականգնվող պոլիմերից։ Հիմքերը և ցածրարժեք ածխածնային մանրաթելերը կարող են իրենց տեղը գտնել ամենուրեք օգտագործվող արտադրանքներում, այդ թվում՝ նույնիսկ 3D տպիչով մեքենաներում և շենքերում: Նանոմասնիկների մեջ ներդրված մանրաթելեր պատրաստելու համար հետազոտողները գլանների վրա տեղադրել են բարձր արդյունավետությամբ ածխածնային մանրաթելային կծիկներ, և գլանները մանրաթելերը թրջել են էպօքսիդային խեժերի մեջ, որոնք պարունակում են շուկայում առկա նանոմասնիկներ, որոնց լայնությունը մոտավորապես վիրուսի լայնությանն է հավասար (45-65 նմ):
Այնուհետև մանրաթելերը չորացվում են ջեռոցում՝ ծածկույթը ամրացնելու համար: Պոլիմերային հիմքին սոսնձված նանոմասնիկների մեջ ներդրված մանրաթելերի ամրությունը ստուգելու համար հետազոտողները պատրաստել են մանրաթելերով ամրացված կոմպոզիտային ճառագայթներ, որոնք դասավորված էին մեկ ուղղությամբ: Բոուլանդը անցկացրել է լարվածության փորձարկում, որի ընթացքում կոնսոլի ծայրերը ամրացված են եղել, մինչդեռ մեխանիկական հատկությունները գնահատող մեքենան ճնշում է գործադրել ճառագայթի կենտրոնում, մինչև ճառագայթը խափանվել է: Կոմպոզիտային նյութի զգայունության ունակությունն ուսումնասիրելու համար նա էլեկտրոդներ է տեղադրել կոնսոլի ճառագայթի երկու կողմերում: «Դինամիկ մեխանիկական վերլուծիչ» անունով հայտնի մեքենայում նա սեղմել է մի ծայրը՝ կոնսոլը անշարժ պահելու համար: Մեքենան ուժ է գործադրում մյուս ծայրում՝ կախված ճառագայթը ծռելու համար, մինչդեռ Բոուլանդը հետևում է դիմադրության փոփոխությանը: ORNL-ը՝ հետդոկտորական հետազոտող Նգոկ Նգուենը, լրացուցիչ փորձարկումներ է անցկացրել Ֆուրիեի ձևափոխության ինֆրակարմիր սպեկտրոմետրում՝ կոմպոզիտներում քիմիական կապերն ուսումնասիրելու և դիտարկվող մեխանիկական ամրության բարելավման ըմբռնումը բարելավելու համար: Հետազոտողները նաև ստուգել են տարբեր քանակությամբ նանոմասնիկներից պատրաստված կոմպոզիտների ցրման էներգիայի ունակությունը (չափվում է թրթռումների մարման վարքագծով), ինչը կնպաստի կառուցվածքային նյութերի արձագանքին ցնցումներին, թրթռումներին և այլ լարվածության ու լարվածության աղբյուրներին: Յուրաքանչյուր կոնցենտրացիայի դեպքում նանոմասնիկները կարող են ուժեղացնել էներգիայի ցրումը (65%-ից մինչև 257%՝ տարբեր աստիճաններով): Բոուլենդը և Նասկարը դիմել են ինքնազգայուն ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների արտադրության գործընթացի արտոնագրի համար:
«Իմպրեգենացված ծածկույթները նոր միջոց են մշակվող նոր նանոմատերիալներից օգտվելու համար», - ասաց Բոուլանդը։ Ուսումնասիրությունը ֆինանսավորվել է ORNL լաբորատորիայի կողմից ղեկավարվող հետազոտական և զարգացման նախագծերի կողմից, որոնք հրապարակվել են Ամերիկյան քիմիական ընկերության ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) ամսագրում։
Հրապարակման ժամանակը. Դեկտեմբերի 07-2018