Menurut laporan terbaru, generasi berikutnya dari material komposit dapat memantau status kesehatan strukturalnya sendiri, dan menjadi umum.
Komposit serat karbon ringan dan kokoh serta merupakan material struktural penting untuk mobil, pesawat terbang, dan alat transportasi lainnya. Komposit ini terdiri dari substrat polimer, seperti resin epoksi, yang dibenamkan dengan serat karbon yang diperkuat. Karena perbedaan sifat mekanis kedua material tersebut, serat akan terlepas dari substrat jika mengalami tekanan atau kelelahan yang berlebihan. Ini berarti kerusakan pada struktur komposit serat karbon mungkin masih tersembunyi di bawah permukaan dan tidak dapat dideteksi oleh mata telanjang, yang dapat menyebabkan kegagalan yang fatal.
“Dengan memahami bagian dalam komposit, Anda dapat menilai kesehatannya dengan lebih baik dan mengetahui apakah ada kerusakan yang perlu diperbaiki,” kata Ridge Chris Bowland, seorang peneliti di
Laboratorium Nasional Oak Ridge di Departemen Energi AS (Laboratorium Nasional Oak) Wigner. ”Baru-baru ini, Amit Naskar, kepala tim karbon dan komposit di Bowland dan ORNL, menemukan metode rolling stripe untuk membungkus serat karbon konduktif pada nanopartikel silikon karbida semikonduktor. Nanomaterial tertanam dalam material komposit yang lebih kuat daripada komposit yang diperkuat serat lainnya dan memiliki kemampuan baru untuk memantau kesehatan strukturnya sendiri. Ketika cukup banyak serat berlapis yang tertanam dalam polimer, serat membentuk jaringan listrik, dan komposit massal menghantarkan listrik. Nanopartikel semikonduktor dapat menghancurkan konduktivitas listrik ini di bawah aksi gaya eksternal, menambahkan fungsi mekanis dan listrik ke komposit. Jika komposit diregangkan, konektivitas serat berlapis akan hancur dan resistansi dalam material akan berubah. Jika turbulensi badai menyebabkan sayap komposit menekuk, sinyal listrik dapat memperingatkan komputer pesawat untuk menunjukkan bahwa sayap berada di bawah terlalu banyak tekanan dan menyarankan pengujian. Demonstrasi rolling strip ORNL membuktikan pada prinsipnya bahwa metode tersebut dapat menghasilkan generasi berikutnya dari serat berlapis komposit dalam skala besar. Komposit penginderaan sendiri, mungkin dibuat dari substrat polimer terbarukan dan serat karbon berbiaya rendah, dapat ditemukan di produk yang ada di mana-mana, termasuk mobil dan bangunan hasil cetak 3D. Untuk membuat serat tertanam dalam nanopartikel, para peneliti memasang gulungan serat karbon berkinerja tinggi pada rol, dan rol merendam serat dalam resin epoksi, yang mengandung nanopartikel yang tersedia di pasaran, yang lebarnya kira-kira selebar virus (45-65 nm).
Serat-serat tersebut kemudian dikeringkan dalam oven untuk mengamankan lapisan. Untuk menguji kekuatan serat yang tertanam dalam nanopartikel yang direkatkan ke substrat polimer, para peneliti membuat balok komposit yang diperkuat serat, yang disusun dalam Satu Arah. Bowland melakukan uji tegangan di mana ujung-ujung kantilever difiksasi, sementara mesin yang mengevaluasi sifat-sifat mekanis menerapkan gaya dorong di tengah balok hingga balok tersebut rusak. Untuk mempelajari kemampuan penginderaan material komposit, ia memasang elektroda di kedua sisi balok kantilever. Dalam sebuah mesin yang dikenal sebagai "Penganalisis mekanis dinamis," ia memotong salah satu ujungnya untuk menjaga kantilever tetap diam. Mesin tersebut memberikan gaya di ujung lainnya untuk membengkokkan balok suspensi sementara Bowland memantau perubahan resistansi. ORNL, seorang peneliti pascadoktoral Ngoc Nguyen, melakukan pengujian tambahan dalam spektrometer Fourier Transform Infrared untuk mempelajari ikatan kimia dalam komposit dan meningkatkan pemahaman tentang peningkatan kekuatan mekanis yang diamati. Para peneliti juga menguji kemampuan energi disipatif komposit yang terbuat dari berbagai kuantitas nanopartikel (diukur berdasarkan perilaku peredaman getaran), yang akan memfasilitasi respons bahan struktural terhadap guncangan, getaran, dan sumber tegangan dan regangan lainnya. Pada setiap konsentrasi, nanopartikel dapat meningkatkan disipasi energi (dari 65% hingga 257% pada berbagai tingkat). Bowland dan Naskar telah mengajukan paten proses untuk pembuatan komposit serat karbon yang dapat mendeteksi dirinya sendiri.
"Pelapis yang diimpregnasi menyediakan cara baru untuk memanfaatkan nanomaterial baru yang sedang dikembangkan," kata Bowland. Penelitian ini didukung oleh proyek penelitian dan pengembangan yang diarahkan oleh Laboratorium ORNL, yang diterbitkan dalam jurnal ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) dari American Chemical Society.
Waktu posting: 07-Des-2018