Laut dem leschte Bericht kann déi nächst Generatioun vu Kompositmaterialien hiren eegene strukturellen Gesondheetszoustand iwwerwaachen a verbreet ginn.
Kuelefaser-Kompositmaterialien si liicht a robust a si wichteg Strukturmaterialien fir Autoen, Fligeren an aner Transportmëttel. Si bestinn aus Polymersubstrater, wéi Epoxyharzer, déi mat verstäerkte Kuelefaseren agebett sinn. Wéinst den ënnerschiddleche mechaneschen Eegeschafte vun den zwou Materialien falen d'Faseren ënner exzessiver Belaaschtung oder Middegkeet vum Substrat of. Dëst bedeit, datt Schied un der Kuelefaser-Kompositstruktur nach ëmmer ënner der Uewerfläch verstoppt ka sinn a net mat bloussem A erkannt ka ginn, wat zu engem katastrophalen Ausfall féiere kann.
„Wann een d'Innere vun de Kompositmaterialien versteet, kann een hiren Zoustand besser beurteelen a wëssen, ob et Schued gëtt, deen reparéiert muss ginn“, sot de Ridge Chris Bowland, e Fuerscher am
Oak Ridge National Laboratory am US-Energieministère (Oak National Laboratory) Wigner. „Viru kuerzem huet den Amit Naskar, Chef vum Kuelestoff- a Kompositteam bei Bowland an ORNL, eng Rollsträifenmethod erfonnt, fir leetfäeg Kuelestofffaseren op Hallefleit-Siliciumcarbid-Nanopartikelen ze wéckelen. D'Nanomaterialien sinn a Kompositmaterialien agebett, déi méi staark si wéi aner faserverstäerkt Kompositmaterialien a si hunn eng nei Fäegkeet, d'Gesondheet vun hiren eegene Strukturen ze iwwerwaachen. Wann genuch beschichtete Faseren am Polymer agebett sinn, bilden d'Faseren e Stroumnetz, an d'Grousskompositmaterialien leeden Elektrizitéit. Hallefleiter-Nanopartikel kënnen dës elektresch Leetfäegkeet ënner der Wierkung vun externen Kräften zerstéieren, wouduerch mechanesch an elektresch Funktiounen zu de Kompositmaterialien bäigefüügt ginn. Wann d'Kompositmaterialien gestreckt ginn, gëtt d'Konnektivitéit vun de beschichtete Faseren zerstéiert an de Widderstand am Material ännert sech. Wann d'Stuermturbulenz de Kompositflillek béit, kann en elektrescht Signal de Computer vum Fliger warnen, fir unzedeiten, datt de Flillek ënner ze vill Drock steet, an en Test virzeschloen. D'Demonstratioun vum Rollsträifen vun ORNL beweist am Prinzip, datt d'Method déi nächst Generatioun vu Komposit-beschichtete Faseren a grousser Skala produzéiere kann. Selbsterkennend Kompositmaterialien, vläicht aus erneierbaren Polymersubstrater hiergestallt an bëlleg Kuelefasere kënnen hir Plaz an allgegenwärtege Produkter fannen, dorënner souguer 3D-gedréckte Autoen a Gebaier. Fir Faseren ze maachen, déi an Nanopartikelen agebett sinn, hunn d'Fuerscher héich performant Kuelefaserspulen op d'Rollen installéiert, an d'Rollen hunn d'Faseren an Epoxyharzer gedränkt, déi um Maart verfügbar Nanopartikelen enthalen, deenen hir Breet ongeféier d'Breet vum Virus ass (45-65 nm).
D'Fasere ginn dann am Uewen gedréchent fir d'Beschichtung ze fixéieren. Fir d'Stäerkt vun de Faseren ze testen, déi an Nanopartikelen agebett sinn, déi um Polymersubstrat gepecht sinn, hunn d'Fuerscher faserverstäerkt Kompositträger hiergestallt, déi an enger Richtung arrangéiert waren. De Bowland huet en Stresstest duerchgefouert, bei deem d'Ennen vum Cantilever fixéiert goufen, während d'Maschinn, déi d'mechanesch Eegeschafte evaluéiert huet, e Schub an d'Mëtt vum Träger applizéiert huet, bis de Träger futti gaangen ass. Fir d'Detektiounskapazitéit vum Kompositmaterial ze studéieren, huet hien Elektroden op béide Säite vum Cantileverträger installéiert. An enger Maschinn, déi als "Dynamic Mechanical Analyzer" bekannt ass, huet hien een Enn ofgehaangen, fir de Cantilever stationär ze halen. D'Maschinn übt Kraaft um aneren Enn aus, fir den Ophängträger ze béien, während de Bowland d'Ännerung vum Widderstand iwwerwaacht. Den ORNL, e Postdoktorand, Ngoc Nguyen, huet zousätzlech Tester am Fourier Transform Infrared Spektrometer duerchgefouert, fir chemesch Bindungen a Kompositmaterialien ze studéieren an d'Verständnis vun der observéierter erhéichter mechanescher Stäerkt ze verbesseren. D'Fuerscher hunn och d'Fäegkeet vun der dissipativer Energie vu Kompositmaterialien aus verschiddene Quantitéite vun Nanopartikelen getest (gemooss duerch Schwéngungsdämpfung), wat d'Reaktioun vu Strukturmaterialien op Schocken, Vibratiounen an aner Spannungs- a Verformungsquellen erliichtere géif. Bei all Konzentratioun kënnen Nanopartikelen d'Energieverloscht erhéijen (vu 65% bis 257% a verschiddenem Grad). Bowland an Naskar hunn e Prozesspatent fir d'Produktioun vu selbsterfindende Kuelefaserkompositen ugefrot.
„Imprägnéiert Beschichtunge bidden eng nei Méiglechkeet, fir vun neien Nanomaterialien ze profitéieren, déi entwéckelt ginn“, sot de Bowland. D'Studie gouf duerch Fuerschungs- a Entwécklungsprojeten ënnerstëtzt, déi vum ORNL Laboratoire geleet goufen a an der Zäitschrëft ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) vun der American Chemical Society publizéiert goufen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 07. Dezember 2018